磷酸二氢钾(KH2PO4,简称KDP)和磷酸二氢铵(NH4H2PO4,简称ADP)晶体,是开发最早且至今仍在广泛使用的一类非线性光学和电光晶体。线性电光效应的研究可以推溯到19世纪末期,非线性光学研究始于上个世纪60年代激光技术出现后,在ADP晶体中实现了相位匹配,极大的提高了二倍频的转换效率。此后,由于KDP和ADP晶体具有较大的非线性和电光系数、较高的激光损伤阈值和良好的全波段透过率,它们被广泛用于高功率激光领域,可以实现激光的二倍频、三倍频和四倍频。除此之外,KDP和ADP晶体还易于生长出大尺寸高质量的单晶,极大增加了针对这两类晶体的基础研究和应用研究,并使KDP类晶体成为唯一可用于惯性约束核聚变工程(ICF)中的非线性光学晶体材料。ADP晶体更早的应用于激光二倍频的研究当中,然而随后倍频领域的研究主要集中在KDP晶体上。其中一个原因在于ADP晶体受N-H吸收谱带的影响,近红外区域的透过率小于KDP晶体。随着四倍频技术的兴起,ADP晶体逐渐展现出更为优越的性质。一方面,ADP晶体比KDP晶体更适合于用快速生长方法制备,且晶体均匀性良好。另一方面,ADP晶体的四倍频转换效率明显高于DKDP晶体。更为重要的是,ADP晶体的激光损伤阈值远高于KDP晶体和DKDP晶体,而DKDP晶体损伤阂值较低已成为制约惯性约束核聚变发展的瓶颈。基于ADP晶体的以上优势,我们通过不同方法生长了ADP晶体,深入研究了ADP晶体的生长特性和热学、光学性质,探讨其在激光倍频领域的应用前景。DKDP晶体可以有效降低高功率密度激光下产生的受激拉曼散射波,这是其应用于ICF工程中三倍频晶体的主要原因。对于ADP晶体,氘化还可以增大晶体透过率的红外截止边,并提高近红外区域的透过率。因此,我们采用传统降温法生长了不同氘含量的DADP晶体,系统研究了氘化后晶体结构和性质的改变。并使用点籽晶快速法在不同过饱和度下生长了70%DADP晶体,对其基本性质进行了研究。本文采用不同生长方法对(D)ADP晶体进行了生长实验,系统研究了晶体的光学性质、热学性质和电学性质,以及氘化对晶体结构的影响。主要进行的工作和得到的研究结论如下：1.对比KDP和ADP的生长差异,采用传统降温法和点籽晶快速法生长了ADP和DADP晶体,研究ADP类晶体的生长特性。KDP和ADP的溶解度和结构均有所差异,导致两者生长习性有所不同,由于两者单胞参数差异较大,无法使用KDP作为籽晶进行ADP晶体的正常生长。以Z-切晶片为籽晶,使用传统降温法生长ADP晶体过程中,晶片成帽困难；在能够完成锥面恢复的晶体生长中,帽区也存在拖长现象,或在帽区内有包裹溶液。实验选用四方锥头作为籽晶,可避免成帽难题并节约生长时间。采用快速生长法生长ADP晶体时,高纯原料C配制的溶液稳定性较好,生长过程中没有出现杂晶及包藏；特纯原料B配制的溶液稳定性一般,生长后期出现了絮状包裹体。纯度较高的原料,其中的金属杂质离子含量较低,对晶体柱面生长的阻碍较小。在不同过饱和度下生长70%DADP晶体时发现,过饱和度增大,晶体外形变得更为矮胖,柱面更易扩展。ADP晶体的微观研究表明,其(101)面生长丘中心容易形成尺寸较大的空核,使得溶液易于在其中形成包藏,影响锥面的正常生长。2.采用测试摇摆曲线、粉末XRD、粉末中子、拉曼光谱和相图等技术手段,确定了晶体的结晶完整性,并研究了氘化对DADP晶体结构的影响,重点分析了氘在铵根基团和磷酸二氢根基团中的分布。从粉末XRD和粉末中子衍射数据可以得出,DADP晶体的晶格参数在a向随着氘含量的增加而增加,c向则逐渐减小。c/a的数值随氘含量的增加亦出现规律性的减小,即c向与a向差异变小。氘在NH4+基团中的含量始终大于H2PO4-基团,同时两者之间的差异随着氘含量增加而减小。根据氘在溶液中和晶体中的含量分布,拟合出了氘在DADP中的分凝公式,并分别给出了两个基团中的分凝关系式。氘化后拉曼光谱925 cm-1处PO4四面体基团振动峰出现频移,峰强降低；3141 cm-1附近NH4基团的振动峰降低,并2245 cm-1附近出现新的散射峰,强度随着氘含量的增大而增加。依据925 cm-1处振动峰位的频移和H2P04-基团的分凝公式,可以得到一种简单的判断晶体氘含量的方法。3.对ADP晶体的热学性质,即比热、热膨胀、热导和热扩散进行了测试,并与KDP晶体进行了对比分析。同时系统研究了DADP晶体的电学性质(电导率和介电常数)随温度的变化关系。测试所得ADP晶体的比热值大于KDP晶体,且皆与理论计算值相符。ADP晶体的德拜温度约为302 K,KDP晶体的则低于室温293 K。ADP在[100]方向的热膨胀率高于[001]方向；随着温度的升高,[001]方向的数值出现负值,两者之间的差异有所增加。ADP和KDP晶体的热扩散系数均随着温度升高而逐渐减小,其[100]方向的数值大于[001]方向,同时KDP晶体的热扩散系数大于ADP晶体。两种晶体热导率的变化趋势与热扩散基本一致。随着温度的增加,DADP晶体的电导率缓慢增大,达到一定的温度后,电导率数值急剧增加。这种变化规律源于离子晶体两种导电机制,即本质电导和杂质电导。氘含量增加后,晶体的电导率逐渐增大,电导活化能逐渐减小。造成这种结果的原因可能是氘原子在氢键中的隧穿频率大于氢原子。DADP晶体的介电常数也是随着温度先缓慢增大,到达一定温度后急剧增加。4.系统研究了(D)ADP晶体的光学性质,包括折射率、非线性光学系数、透过率、三倍频转换效率和激光损伤阈值。系列DADP和DKDP晶体的折射率均随着氘含量和波长的增加而减小。所有晶体的寻常光和异常光折射率随氘含量的变化趋势在1529 nm处出现分歧,寻常光在此处随着氘含量而增加,异常光不随氘含量变化。晶体的双折射也随着氘含量和波长的增加而减小,但在1529 nm处不同。系列DADP晶体的折射率和双折射均大于DKDP晶体,归因于其中不同的阳离子和所处环境。依据折射率的变化可以计算出不用氘含量晶体的相位匹配条件不同,且随基频波长改变。非临界相位匹配波长随着氘含量的增加而增大,相比DKDP晶体,DADP晶体能够在更小的氘含量下实现室温匹配。实验测得ADP晶体的非线性系数大于KDP晶体,且随着氘含量的增加其数值逐渐减小。另紫外部分ADP晶体的拉曼增益小于KDP晶体,更有利于其短波长领域的应用。传统生长的ADP晶体透过率高于快速法生长晶体,并且锥头部位晶体透过率高于柱面区域晶体,尤其是在紫外区域。随着晶体氘含量的增加,DADP晶体的红外截止边发生红移,同时近红外区域透过率逐渐增大,这主要是受氘化后N-H和O-H吸收谱带的变化所至。氘化后DADP晶体透过光谱的这一变化,使得其具有与KDP晶体相似或更优良的透过性能,有利于DADP晶体作为光学器件的应用。ADP晶体的三倍频转换效率和角度带宽与KDP晶体相当,温度带宽较窄。ADP晶体的损伤阈值为KDP晶体的2倍以上,氘化后其损伤阈值有所降低,但依然大于70%DKDP晶体。传统生长ADP晶体的损伤阈值略高于快速生长晶体,不同生长区域的样品损伤有所差异。靠近籽晶区域样品损伤阈值较低,而靠近锥头部分取出样品的损伤阈值较高。同时发现晶体样品的切割厚度及角度对损伤阈值也有一定影响,同样条件下,8mm样品损伤阈值大于10mm样品；依据所测折射率数值计算出的倍频角度加工晶体,其损伤阈值亦大于590切型。