[发明专利]一种LiGa3Te5单晶体及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种LiGa₃Te₅单晶体化合物，同时涉及该单晶体的生长方法以及该单晶体的应用。

背景技术

非线性光学晶体主要用于激光倍频、和频、差频、参量振荡和放大等非线性频率变换，以便拓宽现有激光辐射波长的范围，开辟新的激光光源。目前，已发现的频率转换晶体按照透光范围不同可以分为紫外、可见波段和红外非线性光学晶体三类。(1)紫外非线性光学晶体。经过系统的研究，在硼酸盐系列晶体中成功找到了性能优良的紫外频率转换晶体，如BBO、LBO、CBO、CLBO以及深紫外非线性光学晶体KBBF等，基本解决了紫外波段的频率转换晶体的需求。(2)可见波段的非线性光学晶体。可见波段非线性光学晶体是人们研究最多也最成熟的一类。磷酸盐晶体中的磷酸钛氧钾晶体(KTP)，具有倍频系数大，透光波段宽，损伤阈值高，转换效率高，化学稳定性好等优点，号称“全能冠军”材料，该晶体已经实现了商品化，满足了实际应用需求。(3)红外非线性光学晶体。目前应用于红外波段特别是3μm以上的中远红外非线性光学晶体非常少。研究较多的主要是具有黄铜矿结构的晶体，如AgGaS₂、AgGaSe₂、CdGeAs₂、ZnGeP₂、LiInS₂晶体，这些晶体具有红外透过范围宽、非线性系数大的优点，但普遍生长困难且晶体质量难以提高，从而使得其应用受到限制。在整个非线性光学晶体研究领域，红外非线性光学晶体及其应用是一个薄弱环节，亟待加强研究。

对于压电晶体的探索，自从1880年发现压电效应以来，人们发现的压电晶体不少于五百种，大多数的压电晶体压电效应很弱，仅有少数的几种晶体得到了广泛的应用。在压电晶体的实际应用中，除了压电系数和机电耦合系数等重要的参数以外，还必须考虑到晶体的电学参数对温度和时间的稳定性、物理化学稳定性、机械强度以及大块晶体的生长和加工的难易程度等。上世纪四十年代一些水溶性的压电晶体(KTN、ADP等)因为其大的压电系数，并且容易得到大尺寸晶体，曾经大量的生产。但是由于这些晶体的稳定性和机械加工强度较差，大大的限制了其应用。水晶的压电系数虽然不是很大，但稳定性和机械性能较为理想，它是最古老也是至今应用量最大的一种压电晶体。上世纪九十年代末发现了新型驰豫铁电单晶PMT-PT和PZT-PT，d₃₃达到1500pC/N，该类晶体由于其较大的压电效应和机电耦合系数，使得其在军事上具有重要的应用价值，但是其含铅元素，不是环境友好材料，没有零温度切形，并且目前还难以生长出质量均一的单晶体。总之，虽然目前压电晶体有很多，但是能实际应用的较少，并且由于其各自不可克服的缺点，使得新型的压电晶体材料的研究和压电器件的制作成为当务之急。LiGa₃Te₅晶体属于三方晶系，32点群，晶胞参数为无对称心结构，而且由于Te存在着孤对电子，使得该晶体可能是一种性质优良的有应用前景的压电晶体。

德国的Zeitschrift für Kristallographie.New crystal structures杂志(Vol.213，P：20，1998)报道过LiGa₃Te₅的晶体结构，该晶体属于三方晶系，R32空间群。到目前为止，未见有关可供晶体物理性测试用的体块LiGa₃Te₅晶体的报道，更没有关于LiGa₃Te₅晶体应用的报道。

发明内容

本发明针对现有LiGa₃Te₅晶体存在的没有物理性测试用的体块及应用方面存在的不足，提供一种可供晶体物理性能测试与器件研究的足够尺寸体块的红外非线性光学LiGa₃Te₅单晶体，同时提供一种该LiGa₃Te₅单晶体的制备方法及其应用。

本发明的LiGa₃Te₅单晶体，是非中心对称结构，属于三方晶系，空间群为R32，晶胞参数为：α＝β＝90°，γ＝120°，Z＝12，单胞体积为其体块直径为3mm～15mm、长度为20mm～40mm。能够供晶体物理性能测试与器件研究。

上述LiGa₃Te₅单晶体的制备方法，包括以下步骤：