[发明专利]一种有机非线性光学晶体的生长方法

说明书

技术领域：

本发明属于晶体生长技术领域，涉及一种4-（4-二甲氨基苯乙烯基）甲基吡啶对甲苯磺酸盐（DAST）大尺寸晶体的生长工艺，特别是一种有机非线性光学晶体的生长方法。

背景技术：

太赫兹（THz，1THz=10¹²Hz）波是指频率在0.1～10THz范围内的电磁波，其波段位于电磁波谱中毫米波和远红外光之间（0.03mm～3mm），是光子学与电子学技术、宏观与微观的过渡区域，THz光电子技术被认为是国际电子和信息领域的重大科学问题，是连接宏观电子学和微观波长学的桥梁，THz电磁波与其它波段的电磁波相比，在能量、安全性和穿透性等方面表现出独有的性质，使THz技术在空间运动目标的侦察、识别、致盲以及对抗方面有极大优势，成为无线通信和反恐辑毒的有利工具，是生物探测和生物医学成像的独特手段，也是未来技术的制高点，具有巨大的需求潜力，在太赫兹辐射波产生与探测方面具有重要的应用价值。而如何获得稳定、高效的THz辐射源是发展THz技术要解决的首要问题，迫切需要研究开发新一代的光电信息材料及其应用技术，特别是发展具有较大非线性光学系数和高电光性能的新材料。研究表明，4-（4-二甲氨基苯乙烯基）甲基吡啶对甲苯磺酸盐（DAST）晶体是性能最好的有机非线性光学材料之一，具有较大的二阶非线性光学系数（d₁₁=1010±110pm/V，λ=1318nm）、较高的电光系数（r₁₁=92±9pm/V，λ=720nm）和较低的介电常数（ε=5.2），可广泛应用于倍频效应和电光调制等方面，在作为THz辐射源材料方面具有良好的发展潜力。

目前，关于DAST晶体的生长方法包括斜板法、籽晶法和双区段法，这些方法在一定程度上能够增大晶体的生长尺寸，提高晶体质量，但是DAST晶体的尺寸仍然不够理想，尤其是其厚度普遍较薄，影响晶体的进一步加工与利用，限制太赫兹辐射波的产生与探测。生长较高质量、较大尺寸的DAST晶体是发展THz技术的关键问题之一，也是有机非线性光学晶体领域的一个重要研究目标，晶体生长的尺寸与品质受其生长方法和工艺因素的影响较大，在不同的制备工艺与生长环境下，同一种晶体材料的生长习性和生长质量等也有显著差异，因此，优化生长工艺，改善生长环境，对提高DAST晶体的尺寸与品质非常重要。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计提供一种生长较大尺寸的有机非线性光学晶体的生长方法，通过优化生长工艺和改善生长环境，生长出较大尺寸的4-（4-二甲氨基苯乙烯基）甲基吡啶对甲苯磺酸盐（以下称为DAST）晶体用作光电元件，并用于太赫兹辐射波的产生与探测。

为了实现上述目的，本发明选用4-（4-二甲氨基苯乙烯基）甲基吡啶对甲苯磺酸盐，即DAST作为晶体生长原料，采用斜板缓慢降温法，通过调整和控制工艺参数，优化生长条件，生长出表面积和厚度较大的DAST晶体；其具体生长过程为：

（1）、将DAST晶体生长原料置于100℃烘箱中干燥1～2小时，得到干燥后的DAST晶体生长原料；

（2）、称取干燥后的DAST晶体生长原料溶于无水甲醇溶液中，加热搅拌2～3小时，配制成重量百分比浓度为5～15%的DAST甲醇溶液；

（3）、将DAST甲醇溶液加热至50～60℃后过滤，将过滤得到的滤液转入干燥洁净的广口瓶中备用；

（4）、将聚四氟乙烯板放入步骤（3）中的广口瓶里，调整聚四氟乙烯板的水平倾斜角为30～60℃，使聚四氟乙烯板保持稳定后密封广口瓶；所用的聚四氟乙烯板上刻有2～5条凹槽，凹槽的深度为2～5mm，宽度为3～10mm；

（5）、将步骤（4）中密封的广口瓶放置在能精确控温的水浴加热装置中后密封水浴加热装置，水浴加热装置的调温精确度为±0.01℃；

（6）、设置水浴加热装置的起始温度为50～60℃，保温3～5小时后以1～2℃/天的速度降温；

（7）、在广口瓶中的滤液接近饱和时，开始以0.1～1℃/天的速度缓慢降温，20～40天后有DAST晶体析出，然后继续缓慢降温，DAST晶体不断长大，直至DAST晶体不再生长时，将DAST晶体取出，即生长得到表面积较大且厚度较厚的DAST晶体，其晶体的几何尺寸大于17×15×11mm³，光透过率为70%。

本发明涉及的4-（4-二甲氨基苯乙烯基）甲基吡啶对甲苯磺酸盐（DAST）的分子式为C₂₃H₂₆N₂SO₃，结构式为：