[发明专利]溴化汞晶体作为红外波段非线性光学材料的应用

说明书

技术领域

本专利涉及溴化汞晶体作为红外波段非线性光学材料的应用，属于材料科学领域和光学领域。

背景技术

二阶非线性晶体材料在激光频率转换、光参量振荡、光参量放大等领域有着重要的应用，对国民经济、国防军事有着重要的价值。二阶非线性光学材料从应用的波段分类，分为紫外、可见近红外、红外波段三种。其中紫外和可见近红外波段已经发明/现了完全满足实用化要求的数种优秀的材料，红外波段缺乏实用化的优秀非线性光学材料。现有的商业化红外波段的材料比如AgGaS₂、AgGaSe₂等，虽然具有较大的非线性光学系数、良好的相位匹配性质、优秀的物理和化学稳定性，但是它们的激光损伤阈值却较低，影响了它们在激光频率转换等方向的使用。发明/现一种具有高激光损伤阈值而又大致上保留了传统材料的主要优点的能够应用于红外波段的新型二阶非线性光学材料具有特别重要的意义。

由张克从主编的《非线性光学晶体材料科学》一书(科学出版社出版)中指出，优秀的红外非线性光学材料应该具备以下特征。较大的非线性光学系数、能够实现相位匹配、好的物理和化学稳定性、在工作波段透明、较高的激光损伤阈值。满足以上条件的晶体材料就可以成为实用化的材料。

发明内容

本发明就是针对上述问题提供一种红外波段非线性光学材料，该非线性光学材料不仅有较大的非线性光学系数、能够实现相位匹配、好的物理和化学稳定性、在工作波段透明，且具有较高的激光损伤阈值。

本发明提供的技术方案是：溴化汞晶体作为红外波段非线性光学材料的应用。

优选地，本发明溴化汞晶体作为红外波段激光频率转换材料的应用。

更优选地，本发明溴化汞晶体作为红外波段高功率激光频率转换材料的应用。

上述溴化汞晶体的激光损伤阈值不小于0.3GW/cm²。

生长上述溴化汞晶体的溴化汞原料需要经过升华和水溶液中重结晶除去其中的杂质。

申请人研究发现HgBr₂晶体粉末倍频效应约为10×KDP，且能够相位匹配；在400-800纳米(即可见光区)和2.5-25微米(即中红外光谱仪的工作波段)全透过。激光损伤阈值可达0.3GW/cm²以上，这个数据在现有的红外非线性光学材料中遥遥领先，比现有已知的报道过的最高数值(LiInS₂的0.1GW/cm²)有明显提高。

另外，通常购买到的分析纯的溴化汞试剂，使用常规方法纯化(升华或者醇中重结晶)，都不能避免其中红外光谱450cm^-1等处出现不明吸收，我们通过长时间的研究发现，这些吸收是由于原料中含有微量HgCl₂、CdCl₂、CdBr₂等杂质引起的。这些杂质会吸附水，或者与水形成含结晶水的盐，影响了溴化汞在中红外光谱区的对应位置的透过性能。升华和醇溶液中重结晶的方法不能有效的去除杂质。申请人采用升华加从水溶液中反复重结晶的方法，达到了去除这些杂质的目的。

基于上述HgBr₂晶体的一系列优秀的物理化学性质，决定了其必然可以作为红外波段非线性光学材料，进一步可以作为红外波段高功率激光频率转换材料。

附图说明

图1溴化汞粉末倍频相位匹配曲线；

图2溴化汞紫外可见吸收光谱；

图3溴化汞热重谱图；

图4经过本专利纯化后的溴化汞红外透过谱图；

图5仅仅升华(通常的方法)提纯过的溴化汞红外谱图。

具体实施方式

以下结合具体的实验数据对本专利的技术方案作进一步的说明：

实施例1.溴化汞样品的纯化

称取市售分析纯溴化汞样品4克，置于升华装置中升华，升华完毕后，收集升华提纯后的产品，用150ml蒸馏水，加热溶解之。然后趁热过滤，滤液冷却结晶。过滤，将所得固体反复用水重结晶便可除去其中的Cd盐等杂质。冷却温度越低，重结晶收率越高。

实施例2.溴化汞样品的红外、紫外一可见光谱、热重分析和环境稳定性测试