[发明专利]非线性光学晶体钒酸镧钙及其制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明属于光电子功能材料技术领域中的人工晶体和晶体生长领域，更具体涉及一种非线性光学晶体钒酸镧钙及其制备方法和用途。

背景技术

在激光科技领域内，科学家始终追求的目标是得到一种能从红外区到紫外区连续可调的激光光源。这是因为尽管目前的激光基质材料已经能够产生在一定范围内可调谐的相干光源输出，但由于其可调谐的波长范围决定于激活离子在激光介质中的增益带宽，因此他们的可调谐范围及效率受到相当大的限制。目前可调谐范围最大的钛宝石激光器，其最大调谐范围在670～1100nm之间，远不能满足激光技术发展的需要。采用非线性光学晶体对激光进行频率变换，可以扩展激光器的可调谐范围。

经过40多年来在非线性光学晶体领域的探索和研究，目前在可见光区和紫外光区的研究已获得了一些大尺寸、高光学质量的非线性光学晶体，诸如KDP、KTP、BBO、LBO、MgO:LiNbO₃等，但由于晶体生长、相位匹配方向、热学性质等各方面的原因，尚未得到各波段均适用的非线性光学晶体，因此各国科学家仍旧在极力关注着各类新型非线性光学晶体的探索和研究。

发明内容

本发明的目的是提供一种非线性光学晶体钒酸镧钙及其制备方法和用途，该制备方法科学合理，可操作性强，工艺简单、周期短，能够实现大规模低成本的批量生产，制备的晶体钒酸镧钙的尺寸大，光学均匀性好、物化性能优良、具有较大非线性光学系数且能适用于可见光和近红外光区域，可在各种非线性光学邻域获得广泛应用，具有显著的经济效益和社会效益。

本发明的非线性光学晶体钒酸镧钙采用提拉法制备，所述晶体的化学式为Ca₉La(VO₄)₇，属三方晶系，R3cH空间群，晶胞参数a＝10.8987(5)，c＝38.1470(10)，V＝3924.11³，密度3.31g/cm³。

本发明的非线性光学晶体钒酸镧钙的制备方法为：所述的钒酸镧钙晶体采用提拉法生长单晶，生长温度为1500～1550℃，提拉速度为0.5～2.0mm/h，晶体转速为12～25r/min，生长气氛为惰性气体气氛。

本发明的非线性光学晶体钒酸镧钙的用途，其特征在于：所述的钒酸镧钙晶体具有用于按照加工要求经定向、切割、粗磨、抛光、镀膜后得到各种光学器件的用途。

本发明的显著优点：本发明的钒酸镧钙(Ca₉La(VO₄)₇)晶体是一种新型的非线性光学晶体材料，属三方晶系，R3cH空间群，与Ca₃(VO₄)₂具有相似的晶体结构。该晶体易于生长的优点，可以采用提拉法获得大尺寸、高光学质量(所生长的晶体尺寸在20×20×25mm³以上、内部无散射颗粒、小角晶界、开裂等缺陷)的Ca₉La(VO₄)₇晶体。本发明的晶体具有较大的二阶非线性光学系数，其值相当于KDP的4倍；具有强的拉曼频移效应，与钨酸钡晶体相当，该晶体的物化性能及机械加工性能均较为理想，透光范围在400～5000nm，能适用于可见光和近红外光区域，可以作为一种新型高效的非线性光学晶体，广泛的用于多种光学器件，制备方法科学合理，可操作性强，具有显著的经济效益和社会效益。

具体实施方式

由于钒酸镧钙属同成分熔融化合物，因此可采用提拉法来生长，其具体的化学反应式如下：

18CaCO₃+La₂O₃+14NH₄VO₃＝2Ca₉La(VO₄)₇+18CO₂↑+14NH₃↑+7H₂O↑

本发明钒酸镧钙晶体制备步骤为：