[发明专利]掺Pb2+离子高温相偏硼酸钡晶体及其生长方法和用途

说明书

技术领域

本发明涉及掺Pb²⁺离子高温相偏硼酸钡(α-BaB₂O₄)晶体及其生长方法和用途，属于人工晶体生长技术领域和激光技术领域。

背景技术

高温相偏硼酸钡(α-BaB₂O₄)晶体是一种多功能光学材料。它属于三方晶系，晶胞参数a＝b＝0.7235nm,c＝3.9192nm，空间群为R-3c，为负单轴晶。α-BaB₂O₄晶体有良好的化学稳定性，合适的硬度(莫氏硬度4.5)，透光波段宽(从189nm到3500nm)，双折射率大(532nm波长时Δn＝0.14)，光损伤阈值高(不小于1.0GW/cm²)，是目前唯一在紫外波段获得应用的双折射晶体(周国清，徐军，陈杏达，陈伟，李红军，徐科，干福熹，材料研究学报，14(2000)86。)。利用α-BaB₂O₄晶体可制作成各种规格的、在紫外－可见－近红外宽波段使用的棱镜(如渥拉斯顿棱镜、洛匈棱镜、格兰型棱镜、萨那芒特棱镜等)和光隔离器件等光学器件。

我们近期的研究结果表明：α-BaB₂O₄晶体还是一种具有潜在应用价值的受激Raman散射(SRS)晶体，其SRS活性模式的频率在635cm^–1附近，有别于常见的SRS晶体活性振动模式频率。因此α-BaB₂O₄晶体可以做为全固态激光变频元件，产生常规手段难以获得的、特殊波长的激光，应用于激光医疗、环境检测、激光遥感、科学研究等诸多领域。

α-BaB₂O₄晶体应用面临的主要问题是晶体制备困难。根据梁敬魁等人的研究结果(梁敬魁，张玉苓，黄清镇等，化学学报，10(1982)994。)，α-BaB₂O₄晶体稳定存在的温度区间在其熔点和925℃之间。中科院福建物质结构研究所和中科院上海光机所曾尝试通过提拉法生长α-BaB₂O₄晶体(徐军，邓佩珍，高温相偏硼酸钡(α-BaB₂O₄)晶体的生长方法，中国专利，专利号CN 1196405A。)。但是由于α-BaB₂O₄晶体生长存在显著的各向异性：平行于c方向和垂直于c方向晶体生长速度相差悬殊。这一方面造成了晶体在c方向上难以长厚，另一方面也给晶体生长过程控制增加了难度。另外由于α-BaB₂O₄晶体不同晶向的热膨胀系数相差很大(平行于a轴方向α＝0.9×10^–6/K，平行于c轴方向α＝36.3×10^–6/K)，因此α-BaB₂O₄晶体在降温过程中容易出现开裂，影响晶体的成品率和利用率。

做为受激Raman散射晶体，α-BaB₂O₄晶体应用面临的主要问题是晶体的Raman散射截面小。而散射截面较小的晶体要产生受激Raman激光，要求泵浦激光的功率大、晶体在通光方向上的尺寸大。这对泵浦光源和晶体生长都提出了更高的要求。另外，相对于Raman散射截面大的晶体，在相同的条件下，α-BaB₂O₄晶体的光－光转化效率也较低。因此必须采取适当的措施来提高α-BaB₂O₄晶体Raman散射截面。

发明内容

本发明的目的之一是通过掺杂Pb²⁺离子，使α-BaB₂O₄晶体结构在室温下得以稳定，并提高了α-BaB₂O₄晶体的SRS截面；本发明的第二个目的是提供掺Pb²⁺离子的α-BaB₂O₄晶体的生长方法，解决α-BaB₂O₄晶体生长过程难以控制和晶体易出现开裂的问题，提高晶体的成品率和利用率。本发明的第三个目的是提供掺Pb²⁺离子的α-BaB₂O₄晶体的应用。

本发明的技术方案如下：