Single crystal growth of potassium lithium niobate for nonlinear optics

비선형광학재료 Potassium lithium niobate 단결정 육성

Potassium lithium niobate(KLN) single crystal for a nonlinear-optic material, which changes the wavelength of lasers, has a ferroelectric tetragonal tungsten bronze structure at room temperature. It has been very hard to get single crystals of good quality due to the cracks during cooling process. In order to investigate the composition change due to the evaporation of solution during the growth, the thermogravimetric analysis was carried out. In atmospheric condition at $1000^{\circ}C$ which is about $10^{\circ}C$ higher than the crystal growing temperature, the weight change was negligible amount of $1.46{\times}10^{-5}$g/($\textrm{cm}^2$hr). By using both the Pt plate as the nucleation site and the slow cooling method with temperature fluctuation, KLN single crystal of good quality of size 1 cm could be obtained. The phase transition temperature was $490^{\circ}C$, which was higher than that reported by other researchers of the other composition. The optical anisotropy due to the absorption of OH-band exists in the range of IR.

레이저의 파장을 변환시키는 비선형광학 재료인 potassium lithium niobate(KLN) 단결정은 상온에서 정방형 tungsten-bronze 구조를 갖는 강유전체이다. 결정성장이 매우 어렵고 성장된 결정을 냉각하는 과정에 생기는 균열에 의해 고품질의 단결정을 얻기가 쉽지 않았다. 결정성장 도중에 생기는 용액의 증발에 의한 조성의 변화를 알아보고자 열중량 분석을 행하였는데 결정성장 온도보다 약 1$0^{\circ}C$ 정도 높은 $1000^{\circ}C$에서 휘발은 $1.46{\times}10^{-5}$g/ ($\textrm{cm}^2$hr)로 미량이었다. 백금판을 핵생성의 자리로 사용하고 온도에 요동을 주며 서냉을 하여 결정을 성장시키는 방법을 사용하여 좋은 품질의 비교적 대형인 1 cm 정도의 KLN 단결정을 성장시킬 수 있었다. 상전이 온도는 $490^{\circ}C$로 앞서 보고된 것보다 고온이었다. OH- 밴드에 의한 광학적 이방성이 IR 영역에서 존재하였다.