[发明专利]一种晶体材料、其制备方法及包含其的非线性光学晶体

说明书

本申请公开了一种晶体材料、其制备方法、包含其的非线性光学晶体材料及其在激光器中的应用。所述晶体材料化学式为[A₂M₄Q₇]_n或[AM₃Q₅]_n；A代表Na、K、Rb、Cs中的至少一种；M代表Ga和/或In；Q代表S和/或Se；1≤n≤4。该晶体材料具有优良的红外非线性光学性能，倍频强度可达同粒度商用AgGaS₂的7.0倍，激光损伤阈值可达商用AgGaS₂(可简写为AGS)的11倍。在中远红外波段激光倍频、和频、差频、光参量振荡等变频器件方面，具有重要的应用价值。

技术领域

本申请涉及一种晶体材料、制备方法、包含其的非线性光学晶体及在激光器中的应用，属于非线性光学材料领域。

背景技术

中远红外非线性光学材料广泛用于激光倍频、光参量振荡及声、电光器件等。近年来，随着CO2激光雷达探测、激光通讯、红外遥测、红外导航等技术的迅速发展，对高质量、高性能红外非线性光学材料的要求越来越迫切。

目前，固态中远红外波段激光的产生主要是基于非线性光学原理及红外非线性光学晶体变频技术。现有的中远红外波段应用的材料主要有AgGaS₂，AgGaSe₂和ZnGeP₂等，这些材料都已在高科技领域和军事装备中起到关键作用，但是目前这些晶体在综合性能上还存在缺陷。近年来，随着技术的发展与要求的提高，需要性能更加优异的红外非线性晶体材料，因此探索合成同时具有大的非线性系数和高的激光损伤阈值的新型中远红外非线性晶体材料，成为红外非线性材料的重要研究方向。

发明内容

根据本申请的一个方面，提供一种新型的晶体材料，该晶体材料具有优良的红外非线性光学性能，倍频强度可达同粒度商用AgGaS₂的7.0倍，激光损伤阈值可达商用AgGaS₂(可简写为AGS)的11倍。在中远红外波段激光倍频、和频、差频、光参量振荡等变频器件方面，具有重要的应用价值。

所述晶体材料，其特征在于，具有如式I或式II所示的化学式：

[A₂M₄Q₇]_n 式I

[AM₃Q₅]_n 式II

式I和式II中，A代表Na、K、Rb、Cs中的至少一种；M代表Ga和/或In；Q代表S和/或Se；1≤n≤4。

作为本申请的一个技术方案，所述具有如式I所示化学式的晶体材料的结构属于正交晶系；其晶体材料的结构如图1所示，化学式I的化合物中包含4个A原子(Na、K、Rb、Cs中的至少一种，即Na/K/Rb/Cs占据相同的晶体学位置；图1中以Na为例示出)、8个M原子(Ga和/或In，即Ga/In占据相同的晶体学位置；图1中以In为例示出)、以及14个Q原子(S和/或Se，即S/Se占据相同的晶体学位置)，其中8个Q原子为部分占据，占有率为25-30％，其他原子为全占据。化学式I的三维结构由两种类型的一维超四面体链沿c轴方向构成通过共用Se/S连接而成，然后沿a和b方向形成Z字形连接的三维结构，A⁺离子填充在其形成的孔道中。两种一维链分别为_∞¹(M₄Q₁₁)^10-超四面体链以及_∞¹(M₄Q₁₂)^12-超四面体链。