[发明专利]化合物硼酸锂钠双折射晶体及制备方法和用途

说明书

本发明涉及化合物硼酸锂钠双折射晶体及制备方法和用途，该晶体化学式为Li₂Na₂B₂O₅，分子量为161.4，属于正交晶系，空间群是Cmcm，晶胞参数a=3.313Å,b=9.985Å,c=13.400Å，V=443.3ų,Z=4。其透光范围为170‑3500 nm，双折射率为0.108（1064 nm）‑0.248(200 nm)之间。该化合物硼酸锂钠采用固相反应法合成；Li₂Na₂B₂O₅双折射晶体采用高温熔体法或助溶剂法生长晶体，通过本发明所述方法获得的硼酸锂钠双折射晶体机械硬度适中，易于切割、抛光加工和保存，并且同成分熔融，易于生长，具有较大的双折射率，在光学和通讯领域有重要应用，可用于制作偏振分束棱镜，相位延迟器件和电光调制器件等。

技术领域

本发明涉及一种化合物硼酸锂钠双折射晶体及制备方法和应用，特别是一种用于红外-深紫外波段的分子式为Li₂Na₂B₂O₅的硼酸锂钠双折射晶体的制备方法和应用

背景技术

双折射是指一束光投射到晶体表面上产生两束折射光的现象，产生这种现象的根本原因是在于晶体材料的各向异性。光在光性非均质体均质体(如立方系以外的晶体)中传播时，除了个别特殊的方向(沿光轴方向)外，会改变其振动特点，分解为两个电场矢量振动方向互相垂直，传播速度不同，折射率不等的两束偏振光，这种现象称为双折射，这样的晶体称为双折射晶体。晶体的双折射性质是光电功能材料晶体的重要光学性能参数，利用双折射晶体的特性可以得到线偏振光，实现对光束的位移等，从而使得双折射晶体成为制作光隔离器、环形器、光束位移器、光学起偏器和光学调制器等光学元件的关键材料。

常用的双折射材料主要有方解石晶体、金红石晶体、LiNbO₃晶体、YVO₄晶体、α-BaB₂O₄晶体以及MgF₂晶体等。以MgF₂为例，它的透过范围为110-8500nm，它是一种应用于深紫外很好的晶体材料，但是它的双折射率太小，不适合用作制造格兰棱镜，只能用于洛匈棱镜，且光速分离角小，期间尺寸大，使用不便；石英晶体的双折射率也很小，存在同样的问题；YVO₄晶体也是一种人工制备的双折射晶体，而且由于YVO₄熔点高，必须使用铱坩埚进行提拉生长，且生长的气氛为弱氧气氛，从而在生长时存在钇元素的变价问题，从而使得晶体的质量下降，不易获得高质量的晶体并且它的透过范围是400-5000nm，不能直接用于紫外区。以天然形式存在的方解石是应用都比较广泛的双折射晶体，但是杂质含量比较高，普通晶体只能使用350nm以上的波段，紫外光学级方解石晶体获得困难，其使用波段也无法达到深紫外区(<250nm)。金红石也主要以天然形式存在，人工合成比较困难，且尺寸较小，硬度大，难以加工。近年来报道了几种硼酸盐双折射晶体：高温相BaB₂O₄晶体的透过范围是189-3500nm，双折射率较大，但是该晶体易潮解，且存在相转移，易在晶体生长过程中开裂，影响了晶体的成品率和利用率。

随着社会的发展，人类对双折射晶体的需求越来越多，质量要求越来越高，因此，发现新的优秀的双折射光学晶体材料仍然是一个亟待解决的问题。

根据当前无机双折射晶体材料发展情况,对新型双折射晶体不仅要求具有大的双折射率,而且还要求它的综合性能参数好,同时易于生成优质大尺寸体块晶体,这就需要进行大量系统而深入的研究工作。探索高性能的双折射晶体材料是光电功能材料领域的重要课题之一，人们仍在不断探索以求发现性能更好的双折射晶体。

发明内容