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氟(fu)化(hua)(hua)鈣(gai)晶體是一(yi)種重(zhong)要的(de)(de)(de)(de)光(guang)學材料，具有立方對稱(cheng)性(xing)(xing)晶格(ge)，熱機(ji)性(xing)(xing)能(neng)(neng)良好。物化(hua)(hua)性(xing)(xing)能(neng)(neng)穩定，不潮解，抗輻照損傷能(neng)(neng)力(li)強，透(tou)光(guang)范圍寬，在(zai)130nm 到10μm 的(de)(de)(de)(de)波長(chang)范圍內(nei)透(tou)光(guang)性(xing)(xing)能(neng)(neng)良好，應力(li)雙折(zhe)射(she)低(在(zai)200nm 以(yi)上無明顯本征雙折(zhe)射(she))，及折(zhe)射(she)率均勻高。在(zai)自然界氟(fu)化(hua)(hua)鈣(gai)以(yi)螢石礦(kuang)形式存(cun)在(zai)，因此，氟(fu)化(hua)(hua)鈣(gai)早已(yi)引(yin)起(qi)人(ren)們的(de)(de)(de)(de)關注，甚至在(zai)第一(yi)次世界大(da)戰前后(hou)，就被用(yong)(yong)于制造顯微鏡和(he)照相機(ji)鏡頭。隨著(zhu)真空坩(gan)堝下降法(fa)（Bridgman-Stockbarger）的(de)(de)(de)(de)采(cai)用(yong)(yong)，加(jia)之生(sheng)長(chang)和(he)加(jia)工(gong)技術(shu)的(de)(de)(de)(de)成熟(shu)和(he)完(wan)善，大(da)尺寸氟(fu)化(hua)(hua)鈣(gai)晶體成為可批量生(sheng)產的(de)(de)(de)(de)產品。其(qi)應用(yong)(yong)范圍變得(de)更加(jia)廣泛，如光(guang)譜分光(guang)系(xi)統(tong)、高級攝象機(ji)、望(wang)遠(yuan)鏡及其(qi)他(ta)光(guang)學儀器中的(de)(de)(de)(de)棱鏡、透(tou)鏡和(he)窗口等；摻雜的(de)(de)(de)(de)氟(fu)化(hua)(hua)鈣(gai)還(huan)可以(yi)用(yong)(yong)做γ射(she)線閃爍體，應用(yong)(yong)于高能(neng)(neng)物理、核物理研(yan)究。

國際上，以肖特(SCHOTT)、康寧(CORNING)和貝克朗(BICRON)為代表的德國和美國公司在氟化鈣晶體研制和產業化水平上處于領先地位，肖特公司已經成功地生長出直徑達到350mm 的氟化鈣單晶^[1]。在國內，從事氟化鈣研發、生(sheng)產的單位主要有北(bei)京(jing)玻(bo)璃研究院(yuan)、北(bei)京(jing)人工晶(jing)(jing)體(ti)研究所(suo)、中(zhong)科院(yuan)長(chang)春精密光(guang)學機械研究所(suo)和(he)(he)上海(hai)硅酸(suan)鹽研究所(suo)等單位。所(suo)生(sheng)長(chang)的氟化鈣晶(jing)(jing)體(ti)直徑(jing)可以達到200mm，但(dan)是晶(jing)(jing)體(ti)光(guang)學質量(liang)和(he)(he)單晶(jing)(jing)獲得率還有待進一(yi)步提高。

針(zhen)對紫外光(guang)(guang)學系統，特別是大(da)功率(lv)準(zhun)分子激(ji)光(guang)(guang)系統的特殊需求，研制大(da)截面(mian)、高質量氟(fu)化鈣單晶(jing)材料已成為當(dang)務之急。在研究過(guo)程中發(fa)現大(da)尺寸(cun)氟(fu)化鈣單晶(jing)地生(sheng)長(chang)(chang)(chang)需要重點解(jie)決生(sheng)長(chang)(chang)(chang)爐及溫場設計、原料提純和(he)生(sheng)長(chang)(chang)(chang)工藝優(you)化三大(da)關鍵(jian)難題。

在大尺(chi)寸(cun)(cun)氟(fu)化(hua)鈣單晶(jing)(jing)的(de)生(sheng)(sheng)(sheng)長研究中(zhong)晶(jing)(jing)體生(sheng)(sheng)(sheng)長參數(shu)的(de)選擇尤其重要，晶(jing)(jing)體生(sheng)(sheng)(sheng)長參數(shu)是(shi)指那(nei)些可(ke)以直接調控的(de)設(she)置，例如(ru)加熱器功率(lv)、坩(gan)(gan)堝下(xia)降速(su)(su)率(lv)或降溫速(su)(su)率(lv)、坩(gan)(gan)堝幾何形狀、晶(jing)(jing)體/坩(gan)(gan)堝轉動速(su)(su)率(lv)、氣流、磁場等。這些參數(shu)的(de)組(zu)合即(ji)形成晶(jing)(jing)體生(sheng)(sheng)(sheng)長的(de)外(wai)部環(huan)境(jing)。如(ru)何形成所期待(dai)的(de)晶(jing)(jing)體生(sheng)(sheng)(sheng)長環(huan)境(jing)是(shi)生(sheng)(sheng)(sheng)長過(guo)程(cheng)模(mo)(mo)型需要解決的(de)問題(ti)。通過(guo)引進的(de)計算機模(mo)(mo)擬軟件CrysVUN 對大尺(chi)寸(cun)(cun)氟(fu)化(hua)鈣晶(jing)(jing)體的(de)生(sheng)(sheng)(sheng)長環(huan)境(jing)進行了數(shu)字(zi)模(mo)(mo)擬。可(ke)以準確(que)地、定量地預測一定的(de)晶(jing)(jing)體生(sheng)(sheng)(sheng)長參數(shu)下(xia)，晶(jing)(jing)體生(sheng)(sheng)(sheng)長過(guo)程(cheng)的(de)熱量甚至是(shi)物(wu)質的(de)連續輸運方(fang)程(cheng)，建立(li)合適大尺(chi)寸(cun)(cun)氟(fu)化(hua)鈣晶(jing)(jing)體生(sheng)(sheng)(sheng)長的(de)溫場環(huan)境(jing)[2]。

通過原(yuan)料(liao)提純(chun)和預處理(li)工藝，提高了(le)氟化(hua)鈣原(yuan)料(liao)純(chun)度。并采用(yong)改進的(de)布里奇曼(man)生長(chang)技術，利用(yong)真(zhen)空石(shi)墨坩堝下(xia)降爐作為(wei)主要(yao)生長(chang)設備，通過優化(hua)生長(chang)工藝成(cheng)功地(di)實現(xian)了(le)直徑達(da)到(dao)300mm 氟化(hua)鈣單(dan)晶(jing)的(de)生長(chang)。所生長(chang)的(de)氟化(hua)鈣單(dan)晶(jing)的(de)透(tou)光(guang)范圍為(wei)0.13~10μm，且在248nm光(guang)學透(tou)過率不高于(yu)88%（2mm 厚晶(jing)體）；應力雙折(zhe)射低于(yu)10nm/cm；光(guang)學均勻性達(da)到(dao)6×10-6以上(shang)。

參考文獻

[1] Axel Engel, et al. SPIE, 2001, (4346): 1183-1189

[2] A. Mouchanov, U. Hilburger, Crystal Research Technology, 2002, (1): 77-82.