[发明专利]非线性光学晶体碱金属氟硼铍酸铵盐及其制备方法和用途

说明书

本发明提供一系列新型的非线性光学晶体碱金属氟硼铍酸铵盐及其制备方法和用途，所述晶体的化学通式(NH₄)_xM_1‑xBe₂BO₃F₂，简称AMBBF,其中x的范围为：0<x<1；M选自碱金属K、Rb、Cs中的一种。该系列晶体不具有对称中心，都属于三方晶系，空间群均为R32。本发明的晶体AMBBF具有优异的光学性能，晶体中NH₄⁺离子与F^‑之间的氢键能够有效增强层间作用力，有效缓解了晶体的层状生长习性；此外，AKBBF，ARBBF，ACBBF分别较ABBF，RBBF，CBBF缩短了c轴，增强了晶体的非线性效应、增大了晶体的双折射率，从而使得本发明的晶体AMBBF兼具ABBF与MBBF晶体的优点，尤其是AKBBF在性能方面几乎与KBBF一样，而层间作用力也得到了改善。本发明的晶体AMBBF能满足从红外到深紫外光区非线性光学晶体使用的需求。

技术领域

本发明涉及一系列新型光电子功能材料及其生长方法和用途，特别是涉及一系列碱金属氟硼铍酸铵盐非线性光学晶体材料及其制备方法和用途。

背景技术

晶体的非线性光学效应是指当一束具有某种偏振方向的激光按一定入射方向通过一块非线性光学晶体(如硼酸盐类非线性光学晶体)时，该光束的频率将发生变化。

具有非线型光学效应的晶体称为非线性光学晶体。利用非线性光学晶体进行激光频率转换，拓宽激光波长的范围，使激光的应用更加广泛。尤其是硼酸盐类非线性光学晶体如BaB₂O₄(BBO)、LiB₃O₅(LBO)、MBe₂BO₃F₂(MBBF,M＝K、Rb、Cs)、Sr₂Be₂B₂O₇(SBBO)、Ba₂Be₂B₂O₇(TBO)、K₂Al₂B₂O₇(KABO)、BaAl₂B₂O₇(BABO)等晶体以其优异的光学性质而倍受关注。光学照相、光刻蚀、精密仪器加工等领域对深紫外激光相干光源有迫切的需求，即需要性能优异的深紫外非线性光学晶体。

BBO晶体的基本结构基元是(B₃O₆)^3-平面基团，这种基团具有大的共轭π键，使得BBO的紫外吸收边在189nm左右，限制了晶体在紫外区的应用；且大的共轭π键也会导致较大的双折射率(Δn＝0.12)，从而限制了它的谐波转换效率及谐波光的质量。

MBBF(M＝K、Rb、Cs，分别简称KBBF、RBBF、CBBF)属于同构晶体，其基本结构基元是(BO₃)^3-平面基团，其紫外截止边分别是147、160、151nm，双折射率分别是0.077、0.073、0.058。其中KBBF和RBBF都已被证实能够产生177.3和193nm紫外光，因其都具有适中的双折射率，可以实现很宽的相位匹配范围，是目前最优秀的深紫外非线性光学晶体。但由于KBBF和RBBF是一种层状结构的晶体，层与层之间是靠静电吸引而不是通过价键相连接的，层状习性严重，在z方向生长速度很慢，生长出的单晶体分层现象明显，晶体不易长厚。