[发明专利]化合物氟硼酸钡和氟硼酸钡非线性光学晶体及制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明涉及化学式为Ba₃B₆O₁₁F₂的化合物氟硼酸钡及氟硼酸钡非线性光学晶体，晶体制备方法和利用该晶体制作的非线性光学器件。

背景技术

目前主要非线性光学材料有：BBO(β-BBO)、LBO(LiB₃O₅)晶体、CBO(CsB₃O₅)晶体、CLBO(CsLiB₆O₁₀)晶体和KBBF(KBe₂BO₃F₂)晶体。虽然这些材料的晶体生长技术已日趋成熟，但仍存在着明显的不足之处：如晶体易潮解、生长周期长、层状生长习性严重及价格昂贵等。因此，寻找新的非线性光学晶体材料仍然是一个非常重要而艰巨的工作。

因而近年来，在发展新型非线性光学晶体时，不仅注重晶体的光学性能和机械性能，而且越来越重视晶体的制备特性，希望新晶体材料容易制备，可以获得价格低廉的大尺寸高质量的非线性光学晶体。在硼氧框架中引入碱土金属阳离子和卤素离子以提高其性能的设计思想指导下，阴离子以硼氧功能基元为基础，其带隙较大，双光子吸收概率小；激光损伤阈值较高；利于获得较强的非线性光学效应；B-O键利于宽波段光透过。阳离子选择碱土金属离子，其在紫外区无d₀电子的跃迁，有利于紫外透过，同时卤素离子的引入拓宽了其透光范围。

发明内容

本发明目的在于提供一种化合物氟硼酸钡，及氟硼酸钡非线性光学晶体，化学式均为Ba₃B₆O₁₁F₂。

本发明另一目的在于提供采用固相反应法合成化合物及高温熔液法生长氟硼酸钡非线性光学晶体的制备方法。

本发明再一个目的是提供一种氟硼酸钡非线性光学器件的用途，用于制备倍频发生器、上或下频率转换器或光参量振荡器。

本发明所述的一种化合物氟硼酸钡，该化合物的化学式为Ba₃B₆O₁₁F₂，分子量690.88，采用固相反应法合成化合物。

一种化合物氟硼酸钡非线性光学晶体，该晶体化学式为Ba₃B₆O₁₁F₂，不具有对称中心，属单斜晶系，空间群P2(1)，晶胞参数为β＝101.351(4)°.Z＝2，其粉末倍频效应达到KDP(KH₂PO₄)的3倍。

所述的氟硼酸钡非线性光学晶体的制备方法，采用固相反应法合成化合物及高温熔液法生长氟硼酸钡非线性光学晶体，具体操作按下列步骤进行：

a、将氟硼酸钡化合物单相多晶粉末与助熔剂均匀混合，以温度1-30℃/h的升温速率将其加热至温度650-900℃，恒温5-80小时，得到混合熔液，再降温至温度610-830℃，其中氟硼酸钡化合物单相多晶粉末与助熔剂的摩尔比为1∶1-6；

或直接将含钡化合物、氟化钡和硼酸与助熔剂混合均匀，以温度1-30℃/h的升温速率将其加热至温度650-900℃，恒温5-80小时，得到混合熔液，再降温至温度610-830℃，其中含钡化合物、氟化钡和硼酸与助熔剂的摩尔比为2∶1∶6∶1-6；

b、制备氟硼酸钡籽晶：将步骤a得到的混合熔液以温度0.5-10℃/h的速率缓慢降至室温，自发结晶获得氟硼酸钡籽晶；

c、将盛有步骤a制得的混合熔液的坩埚置入晶体生长炉中，将步骤b得到的籽晶固定于籽晶杆上，从晶体生长炉顶部下籽晶，先预热籽晶5-60分钟，将籽晶下至接触混合熔液液面或混合熔液中进行回熔，恒温5-60分钟，以温度1-60℃/h的速率降至饱和温度。

d、再以温度0.1-5℃/天的速率缓慢降温，以0-60rpm转速旋转籽晶杆进行晶体的生长，待单晶生长到所需尺度后，将晶体提离混合熔液表面，并以温度1-80℃/h速率降至室温，然后将晶体从炉膛中取出，即可得到氟硼酸钡非线性光学晶体。

步骤a所述含钡化合物为碳酸钡、硝酸钡、氧化钡、氢氧化钡、碳酸氢钡或草酸钡。