[发明专利]一种无机红外非线性光学晶体材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种无机红外非线性光学晶体材料，属于无机化学领域，也属于材料科学领域和光学领域。

背景技术

利用具有非中心对称结构晶体的二阶非线性光学效应，可以制成二次谐波发生器、频率转换器、光学参量振荡器等非线性光学器件，在许多领域，如激光技术、信息技术和国防军事等方面，都有着重要的应用价值。无机非线性光学材料在二阶非线性光学材料的实用化研究中居主导地位。依据透光波段和适用范围来划分，无机非线性光学晶体材料可分为紫外光区非线性光学晶体材料、可见光区非线性光学晶体材料以及红外非线性光学晶体材料。现有的性能优良的无机非线性光学晶体材料如：BBO（β-偏硼酸钡）、LBO（硼酸锂）、KDP（磷酸二氢钾）、KTP（磷酸钛氧钾）、LN（铌酸锂）等，大多适用于紫外、可见光和近红外波段的范围。而对于红外非线性光学晶体材料，离实用还有差距。原因在于现有的红外非线性光学晶体材料，如AgGaS₂、AgGaSe₂和ZnGeP₂等晶体，虽然具有很大的二阶非线性光学系数，在红外光区也有很宽的透过范围，但合成条件苛刻，不容易生长光学质量高的大单晶，特别是损伤阈值较低，因而不能满足非线性光学晶体材料的实用化要求。而实现红外激光的频率转换又在国民经济、国防军事等领域有着重要的价值，如实现连续可调的分子光谱，拓宽激光辐射波长的范围，开辟新的激光光源等。因而红外无机非线性光学材料的研究已成为当前非线性光学材料研究领域的一个重要课题。

目前，红外无机非线性光学材料的研究主要从两个方面展开，一是通过晶体生长技术，从已知的非线性光学晶体材料中生长更加完美、更加符合应用要求的晶体；二是寻找新的非线性光学晶体材料，这包括合成新的化合物或从已知化合物中寻找具有良好非线性光学性质的材料。

发明内容

本发明所要解决的问题是提供一种红外透光波段较宽，二阶非线性光学系数较大的无机红外非线性光学晶体材料，其能够实现相位匹配，制备方法容易，且稳定性较好。

本发明提供的无机红外非线性光学晶体材料，其分子式为Hg₂BrI₃，晶体空间群为Cmc21，a = 4.698 (1) ?，b = 7.2246 (6) ?，c = 13.520 (1) ?，α= β = γ= 90 ^o，Z = 4。

上述无机红外非线性光学晶体材料粉末倍频效应为1.2 × KTP（磷酸钛氧钾），且能实现相位匹配；透光范围是0.48～33微米。

上述无机红外非线性光学晶体材料的制备方法：将HgBr₂和HgI₂按摩尔比2∶1的比例加入到丙酮中溶解，在30～50 ℃温度范围下，搅拌8小时，反应结束后，置于室温下自然挥发溶剂，得到黄色透明的晶体。

出于经济上的考虑，可以将2毫摩尔的HgBr₂和1毫摩尔的HgI₂溶于15~20毫升的丙酮。

本发明所公开的无机非线性光学材料Hg₂BrI₃，在红外区有很宽的透过窗口，透光范围达到33微米；紫外吸收边测量值达到0.48微米，计算其带隙大小约为2.60电子伏特。具有较大的非线性光学系数以及较好的综合性质，可作为非线性光学晶体材料加以应用。

本发明的无机非线性光学晶体材料， 为未见文献报道的新化合物，晶体为正交晶系，空间群Cmc21 (No.36)， a = 4.698 (1) ?，b = 7.2246 (6) ?，c = 13.520 (1) ?，α= β = γ= 90 ^o，V = 458.89 (11) ?³，Z = 4，D = 6.237 g/ cm³，R₁ = 0.0718，wR₂ = 0.1890。

与背景技术相比，本发明的无机非线性光学晶体材料所具有的有益效果和特点如下：