[发明专利]化合物一水合硼酸钠非线性光学晶体及其制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种化合物一水合硼酸钠非线性光学晶体，该晶体的化学式为Na₂[BO₂(OH)]·H₂O，及制备方法和利用该晶体制作的非线性光学器件。

背景技术

非线性光学晶体在许多领域，如激光技术、大气监测、国防等方面，都有着重要的应用价值。非线性光学材料是当代光电子产业的物质基础，是固体激光技术、红外技术、光通信与信息处理等领域发展的重要支柱，在科研、工业、交通、国防和医疗卫生等方面发挥越来越重要的作用。当前，直接利用非线性光学晶体所能获得的激光波段有限，从紫外到红外谱区，尚存有激光空白波段，利用频率转换晶体，可将有限激光波长的激光转换成新波段的激光，这是获得新激光光源的重要手段。实现激光波长的高效率转换的关键问题是能否获得高质量、性能优良的非线性光学晶体。尽管如此，非线性光学晶体的综合性能仍然存在诸多不足，寻找和研究新型非线性光学晶体材料仍然是当前一个非常重要的工作。

依据透光波段和适用范围，非线性光学晶体材料可分为紫外光区、可见光区和红外光区非线性光学材料。

长期以来，寻找具有优良性质的紫外非线性光学材料一直是国内外科学家所关注的热点。研究最早的紫外波段的频率转换晶体是五硼酸钾(KB₅O₈·4H₂O)晶体，虽然它的透过波段达真空紫外，但因其倍频系数甚小(仅为ADP晶体的1/10)，所以在应用上受到很大限制。自20世纪70年代末至80年代，科学家们相继发现了一系列具有优良性能的紫外非线性光学晶体，如BBO(β-偏硼酸钡)、LBO(三硼酸锂)、KBBF(氟硼酸铍钾)等。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，寻找新的紫外非线性光学晶体材料仍然是一个非常重要的工作。

发明内容

本发明的目的是为了弥补各类激光器发射激光波长的空白光谱区，提供一种紫外吸收边较低，透光波段较宽，二阶非线性光学系数较大，能够实现相位匹配，容易制备且稳定性较好的化合物一水合硼酸钠非线性光学晶体，该晶体化学式为Na₂[BO₂(OH)]·H₂O。

本发明的另一目的是提供一种使用水溶液法操作简便的制备化合物一水合硼酸钠非线性光学晶体的方法。

本发明的再一目的是提供化合物一水合硼酸钠非线性光学晶体的用途。

本发明所述的一种化合物一水合硼酸钠非线性光学晶体，该晶体的化学式为Na₂[BO₂(OH)]·H₂O，分子量为123.81，属于正交晶系，空间群为Pca2₁，单胞参数为

所述化合物一水合硼酸钠非线性光学晶体的制备方法，采用水溶液法制备晶体，具体操作按下列步骤进行：

a、将NaOH或Na₂O溶解在去离子水中，加入H₃BO₃或B₂O₃，然后再加入LiF，在温度为25℃下的超声波中处理60min，使其充分混合溶解；

b、将步骤a中的溶液自然冷却至室温后，用膜封口并在膜上扎若干个小孔或者直接将溶液体系敞口，在反应温度25-50℃下静置10-60天；

c、待步骤b溶液在容器的底部生长出许多的晶体颗粒，直至晶体大小无明显变化，生长结束，将含有晶体的溶液过滤，得到一水合硼酸钠透明晶体；

d、选择质量较好的晶体作为籽晶，将其悬挂于已配制好的NaOH或Na₂O，与LiF和H₃BO₃或B₂O₃的饱和水溶液中，通过1-5℃/天的降温速率降至室温或在温度25-50℃下恒温，恒温时间为5-60天，即可得到具有厘米级的一水合硼酸钠晶体。