[发明专利]氨合氟化硼酸锌晶体及其制备方法和用途

说明书

本发明涉及一种氨合氟化硼酸锌晶体及其制备方法和用途。该晶体的化学式为Zn₂BO₃F(NH₃)，分子量为225.66，属于六方晶系，空间群为P6₃mc，晶胞参数为Z＝2。该晶体有较宽的透光范围，紫外透过截止边低于200nm，粉末倍频效率约为KDP的0.8倍。该晶体可采用水热法，通过程序降温的方法制备。该晶体可用于制作非线性光学器件，包括倍频发生器、频率转换器以及光参量振荡器。

技术领域

本发明涉及一种氨合氟化硼酸锌晶体及其制备方法和用途，属于晶体学领域、材料学领域和光学领域。

背景技术

所谓非线性光学晶体，是指能够产生非线性光学效应的一类功能材料，这种效应能够改变激光的频率，包括倍频、和频、差频、光参量振荡和光放大等。激光可通过非线性光学晶体制作的非线性光学器件进行频率转换，从而扩展激光的波长，拓宽激光的应用范围。因此，非线性光学晶体在激光技术领域拥有巨大的应用。

随着激光技术的发展和可调谐激光器的出现，非线性光学器件发展迅速。目前，实际应用的非线性光学晶体包括β-Ba₂B₂O₄(BBO)、LiB₃O₅(LBO)、KTiOPO₄(KTP)和KBe₂BO₃F₂(KBBF)等晶体。特别是KBBF晶体，它是通过激光直接倍频输出深紫外相干辐射的唯一实用材料。全固态深紫外相干光源在许多高技术领域有着十分重要的应用。比如：新一代的激光电路光刻技术的发展需要深紫外相干光源；利用全固态深紫外相干光源制作的高端科研仪器设备由于其性能前沿和指标精密等，在石墨烯、高温超导、拓扑绝缘体、宽近代半导体和催化剂等研究中获得了重要结果，不但提升了物质研究的深度，而且开辟出新的科学研究领域；深紫外相干光源还将极大推动激光精密机械加工产业的发展。但是，KBBF晶体的制备涉及剧毒的Be元素，对环境不友好。而且，KBBF晶体的层状生长习性和长的生长周期限制了制备晶体的大小，阻碍了其进一步的发展和应用。因此，探索具有类似KBBF晶体结构但是不含剧毒Be元素的新型非线性光学晶体是十分必要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种氨合氟化硼酸锌晶体，其特征在于，该晶体的化学式为Zn₂BO₃F(NH₃)，分子量为225.66，属于六方晶系，空间群为P6₃mc，晶胞参数为Z＝2。

本发明的另一目的在于提供氨合氟化硼酸锌晶体的一种制备方法，利用水热法，采用程序控温的方式进行晶体制备。

本发明的又一目的是提供氨合氟化硼酸锌晶体作为非线性光学器件的用途。

氨合氟化硼酸锌晶体结构中的不对称结构基元包括两个独立的Zn原子、一个独立的B原子、一个独立的O原子和一个独立的NH₃分子。B与近邻的O形成[BO₃]平面三角形的基团，两个独立的Zn原子与近邻的O、F和N原子分别形成四配位的[ZnO₃F]和[ZnO₃N]基团。[BO₃]、[ZnO₃F]和[ZnO₃N]基团相互共用顶点氧原子形成层状结构，这类似于KBBF晶体中由[BO₃]和[BeO₃F]构造的层状结构。

所述氨合氟化硼酸锌晶体的制备方法，采用水热法，通过程序控温进行，具体操作按下列步骤进行：

(a)将ZnF₂和H₃BO₃按摩尔比1∶2～2∶1的比例混合均匀；