[发明专利]化合物氟硼酸钡非线性光学晶体及其制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明涉及化学式为Ba₄B₁₁O₂₀F的化合物、其非线性光学晶体、这种晶体的制备方法以及利用该晶体制作的非线性光学器件。

背景技术

利用晶体的非线性光学效应，可以制成二次谐波发生器，上、下频率转换器，光参量振荡器等非线性光学器件。激光器产生的激光可通过非线性光学器件进行频率转换，从而获得更多有用波长的激光，使激光器得到更广泛的应用。在非线性光学晶体材料中，含卤素的非线性光学晶体是一类比较独特的晶体材料。因为卤素离子在配位结构上具有很大的相似性，它们的物理化学性质使得卤素离子在相互取代(部分或全部)时，不会导致晶体结构的突变，因而容易实现材料的改性。

同时探索倍频效应大、透过波段宽、光损伤阈值大、物化性能稳定的新型非线性光学晶体，一直是激光变频领域的热点话题。目前主要非线性光学材料有：BBO(β-BaB₂O₄)、LBO(LiB₃O₅)晶体、CBO(CsB₃O₅)晶体、CLBO(CsLiB₆O₁₀)晶体和KBBF(KBe₂BO₃F₂)晶体。虽然这些材料的晶体生长技术已日趋成熟，但仍存在着明显的不足之处：如晶体易潮解、生长周期长、层状生长习性严重及价格昂贵等。因此，寻找新的非线性光学晶体材料仍然是一个非常重要而艰巨的工作。

为弥补以上非线性光学晶体的不足，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，不仅注重晶体的光学性能和机械性能，而且越来越重视晶体的制备特性。找到实用的非线性光学晶体，通过倍频、混频、光参量振荡等非线性光学效应，可将有限的激光波长转换成新波段的激光。利用这种技术可以填补各类激光器件发射激光波长的空白光谱区，使激光器得到更广泛的应用。

发明内容

本发明目的在于提供一种化合物氟硼酸钡化学式为Ba₄B₁₁O₂₀F，及其非线性光学晶体，特征在于，该晶体化学式为Ba₄B₁₁O₂₀F。

本发明另一目的在于提供一种采用固相反应法合成化合物及高温熔液法生长氟硼酸钡非线性光学晶体的制备方法。

本发明又一个目的是提供一种氟硼酸钡非线性光学器件的用途，可作为制备倍频发生器、上或下频率转换器或光参量振荡器。

采用氟硼酸钡Ba₄B₁₁O₂₀F非线性光学晶体制作的非线性器件包含将透过至少一束入射基波光产生至少一束频率不同于入射光的相干光。

本发明所述的化合物氟硼酸钡非线性光学晶体，该晶体化学式为Ba₄B₁₁O₂₀F，分子量1007.27，该晶体不具有对称中心，属正交晶系，空间群Cmc2₁，晶胞参数为Z＝4，其粉末倍频效应达到KDP(KH₂PO₄)的10倍，紫外截止边约为170nm。

化合物氟硼酸钡非线性光学晶体的制备方法，其特征在于采用固相反应法合成化合物及高温熔液法生长其晶体，具体操作按下列步骤进行：

a、采用固相反应法，将氧化钡或碳酸钡或硝酸钡或草酸钡或氢氧化钡与氟化钡和硼酸或氧化硼混合均匀后，仔细研磨，放入马弗炉中，升温至550℃，恒温24小时，冷却至室温，充分研磨，再升温至650℃，恒温24小时，冷却至室温，充分研磨样品，再升温至750℃，恒温48小时，轻微研磨，得到烧结完全的氟硼酸钡化合物单相多晶粉末，再对该多晶粉末进行X射线分析；

b、将步骤a得到的氟硼酸钡化合物单相多晶粉末与助熔剂NaF、NaF-H₃BO₃、LiF-PbO、NaF-PbO或KF-PbO混匀，以1-30℃/h的升温速率将其加热至720-1050℃，恒温5-80小时，得到混合熔液，再降温至705-760℃；

或直接按摩尔比称取制备氟硼酸钡的原料，与助熔剂体系混匀，以1-30℃/h的升温速率将其加热至720-1050℃，恒温5-80小时，得到混合熔液，再降温至705-760℃；