[发明专利]化合物一氟三硼酸五钡和一氟三硼酸五钡非线性光学晶体及制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明涉及化合物一氟三硼酸五钡Ba₅(BO₃)₃F和一氟三硼酸五钡非线性光学晶体及制备方法和利用该晶体制作的非线性光学器件。

背景技术

探索新的紫外非线性光学晶体。非线性光学晶体一直是一个研究的热点领域，经过近几十年的研究和探索，目前在可见光区域已基本上解决了激光光源的频率转换问题。但迄今为止，在紫外区，特别是在波长短与200nm的真空紫外区，仍然缺少有效的非线性光学晶体解决频率转换问题。而硼酸盐的特点就是有利于紫外辐射的透过，在硼酸盐中己经发现了许多优秀的非线性光学晶体，例如BBO(β-BBO)、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，合成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。

在发展新型紫外非线性光学晶体时，人们仍然选择透光范围宽，激光损伤阈值大的硼酸盐晶体，并且为了进一步的拓宽透光范围，使其紫外截止边能达到深紫外，阳离子通常使用没有d-d电子跃迁的碱金属或碱土金属，并且在硼酸盐骨架中引入卤素离子。

发明内容

本发明目的在于提供一种化合物一氟三硼酸五钡，该化合物化学式为Ba₅(BO₃)₃F，分子量882.13，采用固相反应法合成化合物。

本发明另一目的在于提供一种一氟三硼酸五钡非线性光学晶体，该晶体的化学式为Ba₅(BO₃)₃F，分子量882.13，不具有对称中心，属正交晶系，空间群C222₁，晶胞参数为Z＝4，

本发明再一目的在于提供采用固相反应法合成化合物及高温熔液法生长一氟三硼酸五钡非线性光学晶体的制备方法。

本发明又一个目的在于提供一种一氟三硼酸五钡非线性光学器件的用途，用于制备倍频发生器、上或下频率转换器或光参量振荡器。

本发明所述的一种化合物一氟三硼酸五钡，该化合物的化学式为Ba₅(BO₃)₃F，分子量882.13，采用固相反应法合成化合物。

一种化合物一氟三硼酸五钡非线性光学晶体，该晶体的化学式为Ba₅(BO₃)₃F，分子量882.13，不具有对称中心，属正交晶系，空间群C222₁，晶胞参数为Z＝4，

所述化合物一氟三硼酸五钡非线性光学晶体的制备方法，采用固相反应法合成化合物及高温熔液法生长晶体，具体操作按下列步骤进行：

a、将含钡、含氟和含硼化合物按摩尔比9∶1∶3-6称取放入研钵中，混合并仔细研磨，然后装入Φ100mm×100mm的开口刚玉坩埚中，放入马弗炉中，缓慢升温至650℃，恒温24小时，冷却至室温，取出经第二次研磨之后放入马弗炉中，再升温至750℃，恒温24小时，冷却至室温，取出经第三次研磨后放入马弗炉中，再升温至900℃，恒温48小时，取出经研磨得到一氟三硼酸五钡化合物单相多晶粉末，再对该产物进行X射线分析，所得X射线谱图与一氟三硼酸五钡Ba₅(BO₃)₃F单晶结构得到的X射线谱图是一致的；

b、将步骤a得到的单相多晶粉末与助熔剂混合均匀，以温度1-30℃/h的升温速率加热至温度650-1200℃，恒温5-80小时，得到混合熔液，再降温至温度610-1000℃，其中一氟三硼酸五钡化合物单相多晶粉末与助熔剂的摩尔比为1∶1-12；

或直接将含钡、含氟和含硼化合物与助熔剂混合均匀，以温度1-30℃/h的升温速率加热至温度650-1200℃，恒温5-80小时，得到混合熔液，再降温至温度610-1000℃，其中含钡、含氟和含硼化合物与助熔剂的摩尔比为9∶1∶6∶1-12；

c、制备一氟三硼酸五钡籽晶：将步骤a得到的混合熔液以温度0.5-10℃/h的速率缓慢降至室温，自发结晶获得一氟三硼酸五钡籽晶；