[发明专利]氟硼酸铝铷非线性光学晶体及其制备方法和用途

说明书

本发明提供了一种氟硼酸铝铷非线性光学晶体及其制备方法和用途，所述晶体化学式为RbAlB₃O₆F，晶体结构属于正交晶系，空间群为Pna2₁，晶胞参数为a=22.403（4）Å，b=12.311（2）Å，c=7.2051（13）Å，α=β=γ=90°，单胞体积为1987.1（6）ų。本发明的氟硼酸铝铷非线性光学晶体具有优异的光学性能，具有较强的非线性光学效应、短的紫外截止边和低于200 nm的深紫外相位匹配波长，无层状生长习性，不使用剧毒原料，容易进行大尺寸晶体生长和实现产业化。本发明的氟硼酸铝铷晶体能满足深紫外光区非线性光学晶体使用的需求。

技术领域

本发明涉及光电子功能材料技术领域，具体涉及一种氟硼酸铝铷非线性光学晶体及其制备方法和用途。

背景技术

非线性光学晶体能够通过和频、差频、光参量振荡等手段改变激光的波长，在激光技术中起到不可替代的作用。目前，KBBF（KBe₂BO₃F₂）晶体是目前唯一能够应用于深紫外波段的非线性光学晶体材料。其性能满足对应用于深紫外波段的优异非线性光学晶体材料的要求：（1）有效非线性光学系数；（2）宽的透光范围；（3）适中的双折射满足深紫外（波长短于200nm）相位匹配。2020年8月28日，中国商务部会同科技部调整发布《中国禁止出口技术目录》中，将“利用自主研发的KBBF单晶制造深紫外固体激光器的关键技术”以及“KBBF晶体生长与棱镜耦合器件加工技术”新列入控制要点，进一步说明了深紫外波段用KBBF非线性光学晶体的重要性。然而，KBBF晶体也存在以下显著的缺点：KBBF晶体具有严重层状生长习性，沿c方向难以长厚，且沿c方向易解离，导致无法直接斜切割KBBF晶体制作器件。尽管已发明了棱镜耦合技术以克服这一不足，但生长的晶体厚度难以增加限制了输出功率进一步的提高。用水热法生长的KBBF单晶尽管厚度可达厘米级，但晶体存在严重的结构不完整性，厚度越大，倍频转化效率越低，与同等厚度熔盐法生长KBBF晶体相比输出功率差距很大。此外，合成KBBF的原料中含有剧毒的氧化铍，一定程度上也影响了它的产业化应用。因此改善和优化非线性光学晶体材料的性能，寻找新型性能优异的非线性光学晶体材料是光功能材料领域亟待解决的问题。

在之前的研究中，已有相关碱金属硼酸盐深紫外非线性晶体的研究，如“氟硼铝酸铯化合物、氟硼铝酸铯非线性光学晶体及其制备方法和用途”（专利申请号201910688722.3），“一种氟硼铝酸铯铷非线性光学晶体及其制备方法和用途”（专利申请号201911231065.6），“化合物氟硼酸铷和氟硼酸铷非线性光学晶体及制备方法和用途”（专利申请号CN201710536366.4）等。与上述前期专利“氟硼铝酸铯化合物、氟硼铝酸铯非线性光学晶体及其制备方法和用途”（专利申请号201910688722.3），“一种氟硼铝酸铯铷非线性光学晶体及其制备方法和用途”（专利申请号201911231065.6）和“Rb₃Al₃B₃O₁₀F化合物、Rb₃Al₃B₃O₁₀F非线性光学晶体及其制法和用途”(专利申请号201410769497.3)对比，本发明的化合物RbAlB₃O₆F晶胞参数为a=22.403（4）Å，b=12.311（2）Å，c=7.2051（13）Å，分子式和晶体结构完全不同，晶体线性和非线性光学性能等均与前者不同，特此是该晶体材料预期最短相位匹配波长为174nm，可望用于短于200nm的深紫外激光直接倍频输出。本发明的化合物不属于已知化合物的简单同构替换。

发明内容