1-3 μm(近红外)、3-5 μm(中红外)、8-12 μm(长波红外)波段光线在大气中有良好的穿透性,因此,对应此三个波段的激光光源在军事和民用领域都有重要应用。利用晶体的非线性频率变换是产生红外激光的一种主要方式,目前,在近红外、中红外波段都有性能优异的代表性晶体,然而在长波红外波段,仍缺乏综合性能优异的实用晶体。LiInSe2由于其透过范围宽(0.45-14 μm)、激光损伤阈值较大(40 MW/cm2@10 ns,1064 nm)、1 μm处双光子吸收小、晶体相对易于生长等特点,在长波红外激光输出领域有重要的应用潜力。因此,本论文在课题组前期工作的基础上,继续开展了一系列研究工作,包括:固化LiInSe2多晶料合成工艺和单晶生长工艺,探索合适的退火条件进一步提高晶体质量,并对LiInSe2晶体内部缺陷开展了系统研究。本论文主要研究内容和结论如下所述:(1)红外非线性晶体研究现状以及LiInSe2晶体研究进展本论文详细介绍了研究背景,包括红外激光在军事和民用方面的应用、红外激光的产生方式、非线性频率变换的原理、红外非线性光学晶体的研究现状;此外,系统介绍了垂直布里奇曼法生长晶体的原理和特点,并对LiInSe2晶体研究现状进行了详细综述。(2)LiInSe2多晶料合成以及单晶生长优化LiInSe2多晶料合成工艺,使多晶料合成成功率达到近100%。批量制备LiInSe2多晶料,单次合成高纯多晶料约160g,为后期晶体生长和退火研究提供优质原料。采用位相匹配籽晶,生长了高质量、大尺寸LiInSe2单晶,最大直径达到Φ40 mm,为目前国际上报道的最大尺寸LiInSe2单晶,原生态的晶体透过率最高达到73%(晶片厚度d=2.6mm),接近理论透过率。X-射线摇摆曲线半峰宽为48”,说明生长的晶体结晶质量好,光学均匀性均方根为1.58×10-5,表明生长的晶体光学均匀性高。以上结果均验证了本论文生长的晶体为高质量LiInSe2单晶。(3)LiInSe2晶体退火改性研究在合适的温度条件下,将LiInSe2多晶粉末和晶体置于同一密闭环境下,多晶粉末中挥发的组分可以向晶片中补充,使偏离化学计量比的晶体符合化学计量比,另外,退火处理可以减少晶体中的位错,进一步提高晶体质量。通过系统探索我们得出,在730℃、LiInSe2本征气氛下退火150h,可以明显提高LiInSe2晶片质量。通过退火前后晶片的透过率测试、激光损伤阈值测试、XPS测试、变温电阻测试、光响应测试,得出结论:退火工艺提高了 LiInSe2晶体的透过率和激光损伤阈值,减少了其内部缺陷态密度。(4)LiInSe2晶体缺陷研究首次使用NaOH溶液对LiInSe2晶体进行腐蚀,得到明显的位错腐蚀坑,发现a、b、c三个晶面的腐蚀速度和腐蚀坑形貌存在明显差别。这是由于不同晶面原子密集程度不同造成的,a面原子堆积最紧密,腐蚀速率较慢,此时位错处能量较高,优先腐蚀,腐蚀坑容易显现出来。c面原子堆积密度最小,因此容易受到腐蚀,当腐蚀剂浓度较高时,位错腐蚀坑还没显现整个晶面就被腐蚀溶解,此时,位错腐蚀坑反而不容易显现。蚀坑呈规则形状,蚀坑侧面对应原子堆积紧密的晶面,我们分析了不同晶面上蚀坑的形状和蚀坑侧面对应的晶面。此外,采用荧光光谱(PL光谱)研究了 LiInSe2晶体中的点缺陷,发现LiInSe2晶体中存在点缺陷:VSe、VIn、InLi、LiIn。