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目录1

第1章　概述1

1.1　基本概念与范畴1

1.2 人工晶体的结构与性能1

1.2.1　基本结构特点2

1.2.2 相律6

1.2.3 相图7

1.3 人工晶体的地位与作用13

1.3.1 电子材料与人工晶体13

1.3.2 光电子材料与人工晶体13

1.4.2 研制现状14

1.4.1 简介14

1.4 人工晶体的发展14

1.3.4 紫外、深紫外非线性光学晶体14

1.3.3　光子材料与人工晶体14

1.4.3 展望23

1.5 人工晶体的应用24

1.5.1 产业化的人工晶体24

1.5.2　具有发展前途的人工晶体26

第2章　人工晶体的生长29

2.1　人工晶体生长的过程29

2.1.1 简介29

2.1.2 晶核的形成29

2.1.3 晶体生长过程和形态31

2.1.5　准理想晶面生长32

2.1.4　完整晶面生长32

2.2 晶体生长的热量输运和质量输运33

2.2.1 热量输运33

2.2.2 质量输运37

2.2.3 界面的稳定性和组分过冷40

2.3　人工晶体生长方法44

2.3.1 溶液生长44

2.3.2　熔体生长59

2.3.3 气相生长74

2.3.4 固相生长76

2.4 晶体的缺陷与检测83

2.4.1 晶体缺陷概述83

2.4.2 晶体缺陷的观察和检测87

2.5 我国人工晶体生长设备的发展91

2.5.1 硅单晶生长设备91

2.5.2 Ⅲ-V族化合物半导体晶体生长设备92

2.5.3 激光晶体和非线性光学晶体材料生长设备93

2.5.4 人工晶体生长设备的展望94

第3章　激光晶体96

3.1 简介96

3.2　掺钕钇铝石榴石——Nd∶Y3Al5O12（Nd∶YAG）激光晶体96

3.2.1　简介96

3.2.2　结构与性能97

3.2.3 晶体的生长98

3.3.1 简介99

3.3　掺镱钇铝石榴石——Yb∶Y3Al5O12（Yb∶YAG）激光晶体99

3.3.2 晶体的制备100

3.3.3　性能分析100

3.3.4 应用102

3.4 掺铒钇铝石榴石——EYAG激光晶体102

3.4.1 晶体生长102

3.4.2　性能分析103

3.4.3　应用104

3.5　GGG系列激光晶体105

3.5.1　GGG激光晶体105

3.5.2　GSGG激光晶体106

3.5.4　GGG、GSGG系列晶体的生长107

3.5.3 可调谐的GSGG晶体107

3.6 掺钕铍酸镧——Nd？+∶La2Be2O5（Nd3+∶BEL）激光晶体108

3.6.1　简介108

3.6.2　Nd3+∶BEL晶体生长和结构分析108

3.6.3　性能分析109

3.7　掺钕钨酸铋钾——Nd3+∶KGd（WO4）2（Nd∶KGW）激光晶体110

3.7.1　简介110

3.7.2　晶体生长111

3.7.3 激光实验112

3.7.4 效果112

3.8　掺钕钨酸铋钠——Nd3+∶NaBi（WO4）2（Nd∶NBW）激光晶体113

3.8.1 简介113

3.8.2 晶体的制备113

3.8.3 性能分析115

3.9.1 晶体生长116

3.9.2　性能分析116

3.9　掺钕氟磷酸锶——Nd∶Sr5（PO4）3F（Nd∶SFAP）激光晶体116

3.9.3 应用118

3.10　Nd∶NaY（WO4）2激光晶体119

3.10.1 简介119

3.10.2 晶体生长119

3.10.3　性能分析119

3.10.4　应用前景120

3.11.1 简介121

3.11.2 晶体生长121

3.11　Nd3+∶Gd0.2Y0.8Al3（BO5）4（GYAB）激光晶体121

3.11.3　激光性能123

3.11.4　结果124

3.12　Nd3+∶Y0.3Gd0.5VO4激光晶体124

3.12.1　简介124

3.12.2 晶体的制备124

3.12.3　性能分析125

3.12.4　效果126

3.13　掺镱钨酸钇钠——Yb∶NaY（WO4）2（Yb∶NYW）激光晶体126

3.13.1　简介126

3.13.2 晶体制备127

3.13.3 晶体生长影响因素分析127

3.14.2 高掺镁LiNbO3晶体的生长130

3.14.1　简介130

3.13.4　效果130

3.14　掺镁铌酸锂激光晶体130

3.14.3 Mg（5％，摩尔分数）：LiNbO3晶体光学性能测试131

3.14.4　Mg：LiNbO3晶体抗光折变性能测试132

3.14.5 Mg（5％，摩尔分数）：LiNbO3晶体激光器件的性能和应用133

3.15 掺钬硼酸钙氧钆（Ho∶GdCOB）激光晶体134

3.15.1 简介134

3.15.2　晶体生长135

3.15.3　性能分析135

3.16.1 简介136

3.16.2 晶体生长136

3.16　掺铒硼酸钙氧钆（Er∶GdCOB）激光晶体136

3.15.4　效果136

3.16.3　性能分析137

3.16.4　效果137

3.17　掺镨硼酸钙氧钆（Pr∶GdCOB）激光晶体138

3.17.1　简介138

3.17.2　晶体生长138

3.17.3　性能分析138

3.17.4　应用139

3.18　掺镱镨和铽的硼酸钙氧钆激光晶体139

3.18.1　简介139

3.18.2 晶体生长139

3.18.3　性能分析140

3.19.1　锗酸盐的结构特点141

3.18.4　应用141

3.19　锗酸盐激光晶体141

3.19.2　几种锗酸盐激光晶体142

3.20　氟化物激光晶体145

3.20.1 简介145

3.20.2 晶体性能145

3.20.3 晶体的制备147

3.20.4　应用前景151

3.21　祖母绿激光晶体152

3.21.1　简介152

3.21.2　制备方法152

3.22 固体可调谐激光晶体154

3.21.3　结构与性能分析154

3.21.4　应用前景154

3.22.1　Ti∶Al2O3155

3.22.2 Ti3+或Cr3+∶BeAl2O4155

3.22.3　石榴石晶体156

3.22.4　掺铬镁橄榄（Cr∶Mg2SiO4）156

3.22.5 Tm∶LiYF4晶体（YLF）157

3.22.6 Cr3+∶LiCaAlF6/Cr3+∶LiSrAlF6158

3.23　其他激光晶体158

3.23.1　Nd∶Ca3（Nb，Ga）2Ga3O12晶体158

3.23.3 Nd∶LaMgAl11O19晶体159

3.23.4 Nd∶YVO4和Nd∶GdVO4晶体159

3.23.2　Nd∶YAlO3晶体159

3.23.5 Nd∶Ca5（PO4）3F和Nd∶Sr5（VO4）3F晶体160

3.23.6 Nd∶YLiF4、Nd∶GdLiF4及Nd∶YKF4晶体160

3.23.7 Nd∶LiNbO3和Nd∶MgO·LiNbO3晶体161

3.23.8 Nd∶YAl3（BO3）4和Nd∶LaSc3（BO3）4晶体161

3.24　激光晶体研究方向162

3.24.1 探索和重新评价适用于激光二极管泵浦的激光晶体162

3.24.2　可调谐激光晶体165

3.24.3　新波段激光晶体167

3.24.4 高功率连续和高平均功率的激光晶体169

4.1.2 闪烁体的基本特性171

4.1.1 简介171

4.1　概述171

第4章　闪烁晶体171

4.1.3 闪烁晶体的辐照损伤173

4.1.4 闪烁晶体的应用175

4.2 闪烁晶体生长技术178

4.2.1　提拉法（Czochralski method）178

4.2.2　下降法（Bridgman-stockbarger method）179

4.2.3　热交换法（Heat exchange method）180

4.2.4　浮区法（Floating zone method）181

4.2.5 区熔法（Zone melting method）181

4.2.6　泡生法（Kyropoulos method）181

4.2.7　高温溶液法（High temperature solution method）181

4.3.2 LSO的晶体结构和闪烁性能182

4.3 硅酸镥闪烁晶体（Ce∶Lu2SiO3）182

4.3.1　简介182

4.3.3　闪烁机理研究183

4.3.4　晶体生长185

4.3.5 问题与对策188

4.3.6　应用前景189

4.3.7　掺铈硅酸镥189

4.4　钨酸铅（PWO）闪烁晶体192

4.4.1　简介192

4.4.2　PWO晶体的基本性质192

4.4.3　PWO晶体的发光机制193

4.4.4　PWO闪烁晶体的基本特性194

4.4.5　PWO晶体的辐照硬度195

4.4.6　掺杂效应196

4.4.7　批量生产的大尺寸PWO晶体闪烁性能的统计分析197

4.4.8　应用前景197

4.5　Ln2SiO5闪烁晶体198

4.5.1　简介198

4.5.2　晶体结构198

4.5.3　Ce3+荧光机理198

4.5.4　晶体生长199

4.5.5 晶体的闪烁性能及应用200

4.5.6 有待研究的问题201

4.6　BGO闪烁晶体202

4.6.1　简介202

4.6.2 BGO晶体的基本性能203

4.6.3 BGO晶体的应用204

4.6.4 影响BGO性能的主要因素205

4.7 Ce：Gd2SiO5闪烁晶体205

4.7.1　简介205

4.7.2 晶体生长206

4.7.3　晶体性能206

4.7.4　应用206

4.8　NBW闪烁晶体207

4.8.1　简介207

4.8.2 制备207

4.8.3　性能测试与分析208

4.8.4　效果209

4.9.2 晶体的制备210

4.9　Ce：YAG闪烁晶体210

4.9.1　简介210

4.9.3　TGT-Ce：YAG闪烁晶体的光谱特性211

4.9.4　效果212

第5章　光学晶体、非线性光学晶体与光折变晶体213

5.1　光学晶体213

5.1.1　简介213

5.1.2　碱卤化合物光学晶体213

5.1.3 金属铊和卤素的化合物光学晶体216

5.1.4　碱土-卤族化合物光学晶体217

5.1.5　氧化物光学晶体218

5.2.1　简介219

5.2　非线性光学晶体219

5.2.2 三硼酸锂（LBO）非线性光学晶体220

5.2.3 硼酸氧钙钆（GdCOB）非线性光学晶体223

5.2.4　MnHg（SCN）4非线性光学晶体225

5.2.5　RCOB非线性光学晶体227

5.3　光折变晶体229

5.3.1 简介229

5.3.2 主要光折变晶体的类型与特点230

5.3.3　铁电氧化物晶体230

5.3.4 非铁电立方氧化物晶体233

5.3.5　光折变晶体的制备235

5.3.6 光折变晶体研究方向241

6.1.1　简介243

6.1.2 单晶光纤的特点243

第6章　单晶光纤243

6.1　概述243

6.1.3　单晶纤维的发展244

6.1.4 单晶光纤的生长方法245

6.1.5 晶纤在激光技术中的应用246

6.2　α-Al2O3单晶光纤248

6.2.1　超细粉末的制备248

6.2.2　单晶纤维的生长及结果248

6.2.3 制备过程中的注意事项249

6.3　氯化钾单晶光纤250

6.3.1 制备方法250

6.2.4　效果250

6.3.2　性能分析251

6.3.3　效果252

6.4　AgCl单晶光纤252

6.4.1 制备方法252

6.4.2　注意事项253

6.5 蓝宝石单晶光纤254

6.5.1 简介254

6.5.2 蓝宝石单晶光纤的制备255

6.5.3　性能分析256

6.6.1 简介260

6.6.2　光纤制备与色层260

6.6　铌酸锂单晶光纤260

6.6.3　晶纤损耗测量261

第7章　磁光晶体与声光晶体263

7.1　磁光晶体263

7.1.1 简介263

7.1.2　磁光晶体的生长方法263

7.1.3 磁光晶体的结构与性能265

7.1.4 激光晶体的实际应用265

7.2　声光晶体271

7.2.1　简介271

7.2.2　PbBr2晶体272

7.2.3　Hg2Cl2晶体274

8.1.2 晶体生长277

8.1.1　简介277

8.1 蓝宝石晶体277

第8章　宝石晶体277

8.1.3 晶体生长工艺278

8.1.4 蓝宝石晶体的缺陷287

8.1.5 蓝宝石晶体的质量检验293

8.2　红宝石晶体295

8.2.1　简介295

8.2.2 温梯法生长红宝石晶体295

8.2.3　水热法生长红宝石晶体297

8.3　白宝石晶体299

8.3.1　简介299

8.3.2　生长方法299

8.3.3 性能分析300

8.3.4　效果301

第9章　压电晶体302

9.1 简介302

9.2　硅酸镓镧（La3Ga5SiO14，LGS）压电晶体302

9.2.1 简介302

9.2.2　结构与特性分析303

9.2.3 晶体生长307

9.2.4　压电性能及SAW应用309

9.3　Al1-xGaxPO4压电晶体310

9.3.1 晶体生长310

9.3.2　性能分析311

9.4.1 石英压电晶体及其传感器312

9.3.3　效果312

9.4　压电晶体的应用312

9.4.2　压电传感器在溶液化学中的应用313

9.4.3 电化学石英晶体微天平（EQCM）315

9.4.4　压电生物传感器317

9.4.5　新型压电传感器318

第10章　人造金刚石320

10.1　简介320

10.2　人造金刚石的合成技术320

10.2.1 静压（态）法320

10.2.2　燃烧焰法326

10.2.3　人造金刚石合成工艺参数的选择与调整328

10.2.4　人造金刚石提纯330

10.3.1　分类333

10.3　人造金刚石的结构与性能333

10.3.2 结构特征及其对性能的影响334

10.3.3　人造金刚石的性能336

10.4　质量评定348

10.4.1　简介348

10.4.2 人造金刚石产品实物质量特性指标349

10.4.3　人造金刚石产品实物质量评定350

10.5　人造金刚石的应用351

10.5.1　在地质钻探中的应用351

10.5.2　在刀具中的应用354

11.1.2　单晶生长与质量控制356

11.1.1　简介356

11.1 第一代半导体晶体——硅单晶356

第11章　半导体晶体356

11.1.3　性能分析358

11.1.4 硅单晶的应用与技术发展361

11.2 第二代半导体晶体——砷化镓单晶361

11.2.1 生长方法362

11.2.2　砷化镓晶体的特性365

11.2.3　应用与技术发展366

11.3 第三代半导体晶体碳化硅与氮化镓晶体367

11.3.1 简介367

11.3.2 晶体结构与材料特性367

11.3.3 晶体的生长368

11.3.4　器件工艺371

11.3.5　器件水平及应用373

11.3.6　发展375

11.4 晶态氧化物半导体材料（COS）376

11.4.1 简介376

11.4.2　COS的材料和结构377

11.4.3　COS的物理特性379

11.4.4　应用与展望380

11.5 硫系非晶态半导体材料382

11.5.1 简介382

11.5.2 矢量效应和标量效应383

11.5.3 硫系非晶态半导体材料的独特结构与特性386

11.6.1　简介387

11.5.4　应用展望387

11.6　低维半导体材料387

11.6.2　量子点材料388

11.6.3　量子线材料389

11.6.4　量子阱材料391

第12章　纳米晶体392

12.1　简介392

12.1.1　分类392

12.1.2　制备技术392

12.1.3　应用393

12.2　结构与特性393

12.2.1　结构393

12.2.2　性能特性396

12.2.3　纳米晶体的评价技术405

12.2.4 纳米晶体结构与性能的模拟研究409

12.3　钛酸钡（BaTiO3）纳米晶体413

12.3.1　简介413

12.3.2　制备方法413

12.3.3　性能414

12.3.4　效果416

12.4　锂铁氧体纳米晶体416

12.4.1　简介416

12.4.2　制备方法416

12.4.3　形貌尺寸与磁性能416

12.5.2　制备方法418

12.5　铁酸钴（CoFe2O4）纳米晶体418

12.5.1　简介418

12.5.3　性能分析419

12.5.4　效果419

12.6　SnO2与ZnO纳米晶体419

12.6.1 简介419

12.6.2　样品420

12.6.3　性能分析420

12.6.4　效果421

12.7.2 晶体生长422

12.7.3　性能分析422

12.7.1 简介422

12.7　CdS0.1Se0.9纳米晶体422

12.8 纳米晶体化学太阳电池423

12.8.1 简介423

12.8.2 纳米晶体化学太阳电池的结构423

12.8.3 纳米晶体化学太阳电池工作原理424

12.8.4　应用前景426

12.9　半导体纳米晶体427

12.9.1 简介427

12.9.2　半导体纳米结构的制备技术427

12.9.3　结构与性能特征431

12.9.4 半导体纳米晶体的应用研究433

主要参考文献446