Characterization of Fundamental Properties of Large-Sized Calcium Fluoride Crystals

doi:10.16553/j.cnki.issn1000-985x.2026.0023

Abstract

Abstract: Calcium fluoride （CaF₂） crystals，due to their low refractive index and high resistance to laser damage，are widely used in achromatic lenses and high-power laser systems. Especially their high light transmittance in the deep ultraviolet band makes them an irreplaceable lens material for DUV lithography machines. In this study，large-sized CaF₂ crystals with a diameter of 320 mm were prepared by the crucible descent method，and the mechanical properties，thermal properties and optical quality of the crystals were characterized and analyzed. The results show that the shear fracture strength of the （111） crystal plane of the grown CaF₂ crystal is 9.2 MPa and the flexural fracture strength is 60 MPa. The Vickers hardness test result of the （110） crystal plane is 7.69% higher than that of the （111） crystal plane，and the stress fringe distribution inside the crystal is relatively uniform. The mean stress birefringence of the CaF₂ crystal with a specification of 148 mm×148 mm×60 mm is 0.8 nm/cm. The optical uniformity PV value of the CaF₂ crystal with a diameter of 150 mm is 0.579×10^-6，and the transmittance in the 190~800 nm band at room temperature is above 90%.

Key words: calcium fluoride crystal; crystal growth; thermal property; mechanical property; optical performance

CLC Number:

TQ132.3⁺2

WANG Xu, JIANG Lan, WANG Xiaoxiang, WANG Qingguo, WANG Deyong, JIA Jian. Characterization of Fundamental Properties of Large-Sized Calcium Fluoride Crystals[J]. Journal of Synthetic Crystals, 2026, 55(6): 851-857.

Figures/Tables 8

Fig.1 Blank of large-diameter CaF2 crystal ingot

Fig.2 Double crystal swing curve of CaF2 crystal

Fig.3 Thermal properties of CaF2 crystal

Fig.4 Mechanical properties of CaF2 crystal

Fig.5 Transmission curves of CaF2 crystals

Fig.6 Stress birefringence of CaF2 crystal

Fig.7 Optical uniformity of CaF2 crystal

Fig.8 Transmission curves of CaF2 crystals after air annealing

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