红外非线性光学晶体磷化硅镉研究进展 (2015年)

磷化硅镉（CdSiP2，CSP）作为红外非线性光学材料的一种，近年来因其特殊的性能特点而受到广泛关注。磷化硅镉晶体的晶格常数、透光范围、非线性系数、热导率和显微硬度等性能参数，使得它在多晶合成、晶体生长和光学参量振荡方面展现出独特的应用潜力。 磷化硅镉晶体的晶格常数为a=b=5.68Å，c=10.431Å，属于II-IV-V族黄铜矿类三元半导体化合物，空间点群为42m。在光学应用上，CSP晶体的透光范围覆盖了0.52～9.5μm，这意味着它可以在红外波段内有效工作，适用于多个领域。 磷化硅镉的非线性系数是其性能中非常重要的一个参数。其非线性系数d36为84.5pm/V，相较于ZnGeP2晶体的非线性系数（d36=75pm/V）高出13%，这一特性让它成为产生红外相干光源的优秀候选材料之一。此外，其热导率高达13.6W/m·K，是AgGaS2晶体热导率的10倍以上，也是AgGaSe2晶体热导率的15倍左右。这表明CSP晶体在热性能上具有明显优势，有利于在高温环境下稳定工作，延长材料寿命。 显微硬度930kg/mm²的CSP晶体便于进行晶体切割与加工，这在制备过程中是一个非常重要的特性。晶体的加工难易程度直接影响了成品率、生产成本以及材料的实际应用。CSP晶体的这一特性，极大地促进了它在精密光学元件制作中的应用前景。 为了进一步提升红外相干光源的性能，研究者们关注于将CSP晶体应用于光参量振荡、光参量放大、二次谐波、四次谐波等激光技术。这些技术可以实现波长范围为2～12μm的输出，而这正是CSP晶体所擅长的工作波段。CSP晶体可以使用多种泵浦源，包括波长为1.064μm的Nd∶YAG激光器、1.55μm的铒离子激光器和2.05μm的Ho∶LYF激光器进行泵浦，从而实现2～8μm波长输出。 然而，尽管CSP晶体具有诸多优势，但目前制约它在更广阔领域应用的一个主要原因是大尺寸、高光学质量CSP单晶体的生长技术尚未成熟。研究者在多晶合成、晶体生长方面取得了一定进展，但生产出大面积、高质量的CSP单晶体仍面临挑战。这包括晶体生长过程中的杂质控制、晶体缺陷的减少以及生长均匀性的提升等方面。 为了推动CSP晶体的应用，研制出符合工业生产标准的大尺寸、高质量CSP单晶体已成为科研和工程实践中的必要任务。这对于未来CSP晶体在军用和民用领域的广泛应用具有重要意义，如激光红外对抗、红外测距、激光制导、激光通讯、红外遥感、痕量气体探测、激光诊疗以及分子光谱等领域都迫切需要性能优越的红外非线性光学材料。 磷化硅镉晶体作为一种新型红外非线性光学材料，具有广阔的应用前景。其在红外相干光源的制备上表现出色，尤其是在光参量振荡、放大、谐波产生等方面的应用潜力巨大。未来，通过解决CSP单晶体的生长技术难题，将推动这一材料在红外光电子技术领域的应用进一步扩展。