[发明专利]非线性光学晶体材料Sr3Y3BiB4O15及其制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明涉及光电子功能材料领域，具体涉及一种非线性光学晶体Sr₃Y₃BiB₄O₁₅及其助熔剂晶体生长方法和用途，以及稀土掺杂的Sr₃Y₃BiB₄O₁₅晶体及其助熔剂晶体生长方法和用途。

背景技术

近年来，随着激光技术的迅猛发展，在光学、通讯、医学、军事等诸多领域得到广泛应用，特别是全固态激光器，因其体积小、价格低、结构简单等优点倍受人们的关注。全固态激光器一般都是由激光二极管泵浦激光晶体产生激光，如直接泵浦Nd:YAG可产生1064nm的激光。泵浦激光晶体一般只能产生红外激光，而不能得到短波长的激光，而要产生较短波长的激光就必须用非线性光学晶体进行倍频、合频、差频等，比如用非线性光学晶体KTiOPO₄ （KTP）对Nd:YAG产生的1064nm激光进行倍频，可获得532nm的绿色激光；用非线性光学晶体LiB₃O₅ （LBO）对Nd:YAG产生的1064nm激光进行倍频、合频可得355nm的紫色激光。短波长的激光因其单光子能量高，波长短，在信息存储、精密加工、精密仪器、生物医药、军事等领域有着不可替代的作用。除了上述方法外，也可以由激光二极管直接泵浦自倍频激光晶体，直接获得短波长激光。所谓自倍频激光晶体就是在非线性光学晶体中掺入稀土离子，如Nd:YAB，YAB是YAl₃（BO₃）₄的简称，YAB本身是一种非线性光学材料，当把它种掺入Nd离子后，就成为自倍频激光晶体。并不是所有的非线性光学材料中都可掺入稀土离子成为自倍频激光晶体，比如以上提到的KTP和LBO就不行。只有包含和稀土离子原子半径相似的元素的非线性光学晶体才有可能成为自倍频激光晶体。象YAB中含有钇（Y）元素，它本身属于稀土元素，因此和其他稀土元素具有相似的原子半径和性质，因此可被其他稀土元素所取代，所以可以成为自倍频激光晶体。

目前，比较著名的非线性光学晶体材料主要有以下几种：KTiOPO₄ （KTP），LiB₃O₅ （LBO），β-BaB₂O₄ （BBO），CsB₃O₅（CBO），CsLiB₆O₁₀ （CLBO），K₂Al₂B₂O₇（KABO），KBeBO₃F（KBBF）等。这几种材料或多或少都有一定的缺点，比如，KTP尽管非线性效应较大，但损伤阈值比较低，不能产生大功率激光；LBO、BBO、CBO、CLBO和KABO尽管损伤阈值较大但非线性效应较小，而且BBO、CBO、CLBO不能在高湿度环境中使用；KBBF虽然紫外透过波长较短，可产生177nm的激光，但Be元素有剧毒，对人体和环境造成很大影响，而且生长大尺寸高质量的该晶体比较困难。另外，近年含铋（Bi）元素的一些硼酸盐引起了广泛关注，因为在这些化合物结构中产生非线性效应的基团不仅包含BO₃基团而且包含Bi-O基团的孤对电子，这使得这类化合物具有较大的非线性效应，比如BiB₃O₆ （BIBO）具有d_eff（                                                ）=3.2pm/V，比KTP（<2.7pm/V）还要大，而且BIBO也具有较大的损伤阈值。