بخشی از مقاله
چکیده
تک بلورهاي KTiOPO4 - KTP - در کوره عمودي استوانه اي سه ناحیه اي به دو روش هسته سازي خود به خودي در محیط فلاکس و هسته سازي بر روي میله پلاتینی رشد داده شدند. تاثیر آهنگ هاي مختلف کاهش دمایی بر روي تک بلورهاي رشد یافته مورد بررسی قرار گرفت. نتایج آزمایشات نشان داد که در روش هسته سازي خود به خودي در محیط فلاکس براي آهنگ هاي سرد کردن پایین تر بلورهایی با ابعاد بزرگتر و کیفیت بهتر رشد نمودند و در روش هسته سازي بر روي میله پلاتینی با کاهش آهنگ سرد کردن کیفیت بلور افزایش یافته ولی ابعاد آن کاهش می یابد.
مقدمه
تک بلور KTiOPO4 یک ماده اپتیکی غیر خطی موثر با ساختار فرو الکتریک می باشد که آستانه آسیب و پایداري دمایی بالایی دارد. این تک بلور قابلیت تبدیل و دوبرابر کردن فرکانس ها را نیز داراست و با توجه به این ویژگی فوق العاده در Q-Switch کاربرد وسیعی دارد.[1] زاویه پذیرش وسیع و ضریب الکترواپتیک خطی بزرگ و ثابت دي الکتریک پایین از دیگر ویژگی هاي برجسته این تک بلور می باشد.
به طور کلی تک بلورهاي KTP با دو روش هیدروترمال و فلاکس رشد داده می شوند. بلورینه شدن در روش هیدروترمال در فشار بالایی برابر 300atm و در محدوده دمایی500-700˚C انجام شده و دستیابی به بلور در طی چندین هفته صورت خواهد گرفت. در صورتی که رشد به روش فلاکس از نظر زمانی قابل کنترل بوده و با استفاده از این روش در محدوده دمایی900-970˚C بلورهایی با اندازه و کیفیت قابل ملاحظه رشد داده می شوند. خواص ذکر شده براي تک بلور KTP متاثر از کیفیت و مورفولوژي بلور رشد یافته است و این دو پارامتر تابعی از شرایط رشد می باشند. از جمله عواملی که تاثیر قابل ملاحظه اي در کیفیت تک بلورهاي رشد یافته خواهد داشت آهنگ کاهش دماست. در این مقاله تاثیر این پارامتر را در دو روش هسته سازي خود به خودي در محیط فلاکس و هسته سازي بر روي میله پلاتینی، مورد بررسی قرار می دهیم.
سنتز مواد اولیه
مواد اولیه KH2PO4 - 99/99% - ، TiO2 - 99/99% - ، K2HPO4 - 99/99% - با نسبت هاي مولی2:1:3 و MoO3 به نسبت 0/002mol% از فلاکس را در بوته 75ml ریخته و به مدت 16h در کوره تک منطقه اي از پیش گرم شده1000˚C قرار دادیم. فرآیند سنتز طبق واکنش زیر صورت پذیرفته و KTiOPO4 و K6P4O13 تولید شدند.
در کلیه مراحل آزمایش نسبت gKTP/gK6=0/6 ثابت نگه داشته شد
انجام آزمایش
- هسته سازي خود به خودي در محیط فلاکس
در روش هسته سازي خود به خودي در محیط فلاکس مواد سنتز شده درون کوره عمودي استوانه اي سه ناحیه اي قرار داده شد ، طوري که در طول بوته5˚Cگرادیان دمایی داشته باشیم.
دماي کوره به 1000˚C رسانده شده و به جهت یکنواختی مواد به مدت 24h در این دما ثابت نگه داشته شد. سپس مواد با آهنگ هاي مختلف0/8˚ C/h،0/4˚C/h، 7˚C/h سرد شدند. ابعاد و کیفیت بلورهاي بدست آمده در جدول 1 آورده شده است.
جدول .1 نتایج حاصل از کاهش آهنگ سرد کردن در روش هسته سازي خود به خودي در محیط فلاکس
از آنجایی که همواره بلورهایی با بالاترین کیفیت در شرایطی از عدم تعادل که کمترین انحراف را از وضعیت تعادل داشته باشد رشد می کنند با کاهش آهنگ سرد کردن نواقص بلوري کاهش یافته و بلورهایی با ابعاد بزرگتر و کیفیت بهتر رشد نمودند. در صد استحصال با استفاده از منحنی حلالیت KTP در فلاکس K6P4O13 - شکل - 1 و وزن بلورهاي بدست آمده در فرآیند رشد محاسبه گردید. این کمیت نیز با کاهش آهنگ سرد کردن روندي افزایشی را طی می کند. این نتایج در توافق کامل با کار دیگران می باشد.[4] بلورهاي رشد یافته در آهنگ هاي سرد کردن پایین تر به طور ظاهري از شفافیت بالاتري برخوردار بودند اما براي تعیین میزان کمی این شفافیت عبوردهی نوري انجام پذیرفت.
منحنی هاي شکل 2 میزان عبوردهی نوري را براي دو آهنگ سرد کردن 0/8˚C/h،0/4˚C/h نشان داده و افزایش کیفیت نوري تک بلورها با کاهش آهنگ سرد کردن را مورد تایید قرار می دهند.
شکل .1 منحنی حلالیت KTP در فلاکسK6P4O13
شکل.2 مقایسه عبوردهی نوري دو بلور رشد یافته به روش هسته سازي خود بخودي در فلاکس که با آهنگ هاي سرد کردن مختلف 0/4 °C/hو 0/8 °C/hرشد یافته اند
- هسته سازي بر روي میله پلاتینی
در روش هسته سازي بر روي میله پلاتینی مواد سنتز شده را در کوره عمودي استوانه اي سه ناحیه اي طوري قرار دادیم که در طول بوته یکنواختی دمایی داشته باشیم. به جهت یکنواختی مواد، دماي کوره به1000 ˚ C افزایش یافته و به مدت 24h در این دما ثابت نگه داشته شد. هم زدن مواد با سرعت بالاي 120 rpm به مدت 2h به جهت یکنواختی بیشتر مواد انجام پذیرفت.
سپس دماي کوره با سرعت بالا به2 - 972˚C درجه بالاتر از دماي اشباع - رسانده شده و از این دما مواد با آهنگ هاي مختلف نشان داده شده در جدول 2 سرد گردید. سرعت چرخش میله در کل آزمایش ثابت و برابر 75rpm در نظر گرفته شد. جدول 2 نتایج حاصل از این آزمایشات را نشان می دهد.
جدول:2 نتایج حاصل از کاهش آهنگ سرد کردن در روش هسته سازي بر
با کاهش آهنگ سرد کردن در روش هسته سازي بر روي میله پلاتینی تعداد هسته هاي تشکیل شده بر روي میله افزایش یافته و در نتیجه ابعاد آنها کاهش می یابد و همانطوري کهقبلاً گفته شد امکان ورود ناخالصی و نواقص در بلور رشد یافته در این حالت کمتر و بلورها از کیفیت بهتري برخوردار خواهند بود. منحنی عبوردهی نوري براي دو آهنگ کاهش دماي 0/8˚ C/h و 0/7 ˚C/h در شکل 3 نشان داده شده است. این منحنی ها افزایش شفافیت ظاهري بلورهاي رشد یافته با کاهش آهنگ سرد کردن را مورد تایید کمی قرار می دهند.
