[发明专利]大尺寸非线性光学晶体硼酸铅溴及其制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明涉及从优化的复合助熔剂中生长出具有高倍频效应的大尺寸非线性光学晶体硼酸铅溴，以及硼酸铅溴晶体生长工艺流程和作为非线性光学器件的用途。 

背景技术

近十年来，由于以通信和信息为基础的社会变革的不断深入，使得作为重要的信息材料之一的非线性光学晶体材料(其中包括激光变频材料、电光材料和光折变材料)得到了快速的发展，并在高科技领域中起到了越来越重要的作用。如利用晶体的倍频效应，可以使激光的频率发生改变，拓宽了激光光源的波长范围，从而获得新的激光光源，使激光器得到广泛的应用。 

目前已经发现了许多非线性光学晶体，并有一些得到了实际应用，如：KDP、LBO、BBO等，它们具有非线性光学系数大和抗光损伤阈值高等优点。但是，这些晶体也存在各种各样的缺点，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。 

俄罗斯科学家E.L.Belokoneva等人在crystalography Reports杂志(Vo48，49-53(2003))上首先报道了硼酸铅溴Pb₂B₅O₉Br化合物的存在，并通过水热合成法得到了微小的Pb₂B₅O₉Br单晶，并测得了晶体结构数据：a＝11.524(1) b＝11.431(1)c＝6.5399(3)V＝861.51(1)Z＝4。但是要测试一种晶体的基本物理性能(也包括非线性光学性能)需要该晶体的尺寸达数毫米甚至厘米级的单晶，至今尚未有关制备大小足以供物性测试用的Pb₂B₅O₉Br单晶的报道，更无法在市场上购买到该晶体，本发明旨在制备具有一定尺寸的Pb₂B₅O₉Br单晶，并测试其基本物理性能。

发明内容

本发明的目的是为了弥补各类激光器发射激光波长的空白光谱区，从而提供一种具有较大的倍频系数、化学稳定性和热稳定性好的、不潮解，且在紫外区域具有较宽的透光范围的、大尺寸透明非线性光学晶体硼酸铅溴。 

本发明的另一目的是提供一种使用复合助熔剂，操作简便，生长周期短的制备大尺寸的非线性光学晶体硼酸铅溴的方法。 

本发明的又一目的是提供用Pb₂B₅O₉Br单晶作为制备非线性光学器件的用途。 

本发明所述的大尺寸硼酸铅溴非线性光学晶体，该晶体分子式为：Pb₂B₅O₉Br，属于正交晶系，分子量为691.50，单胞参数为a＝11.524(1)b＝11.431(1)c＝6.5399(3)

所述的大尺寸硼酸铅溴非线性光学晶体的制备方法，采用助熔剂法生长晶体，具体操作步骤按下进行： 

a、将用高温固相法制得的硼酸铅溴多晶粉末与助熔剂NaF和PbO按摩尔比1:1-4:1-4比例混配，以1-30℃/h的升温速率将其加热至650-750℃，得到含Pb₂B₅O₉Br与助熔剂的混合熔液，恒温50-100小时，再快速冷却到饱和点温度之上1-15℃； 

b、将装在籽晶杆上的硼酸铅溴籽晶放入步骤a中的Pb₂B₅O₉Br与助熔剂的混合熔液中，同时以0-100转/分的旋转速率旋转籽晶杆，再以0.1-5℃/天的速率缓慢降温； 

c、待单晶生长到所需尺度后，将晶体提离液面，以5-50℃/小时的速率降至室温，然后缓慢从炉膛中取出，即可得到大尺寸的硼酸铅溴非线性光学晶体。 

步骤a所述硼酸铅溴多晶粉末由同当量比的含铅、含溴和含硼化合物的混合物制得。 

步骤a含铅的化合物优选为PbO、PbBr₂或Pb(NO₃)₂，含Br的化合物优选为PbBr₂或HBr酸，含硼的化合物优选为H₃BO₃或B₂O₃。

步骤b中的籽晶为任意方向固定在籽晶杆上，旋转方向为单向旋转或可逆旋转。 

步骤b所述可逆旋转中的每个单方向旋转时间为1-10分钟，其时间间隔为0.1-1分钟。