[发明专利]化合物氟硼酸铍和氟硼酸铍非线性光学晶体及其制备方法和用途

说明书

本发明涉及一种化合物氟硼酸铍和氟硼酸铍非线性光学晶体及其制备方法和用途，该化合物的化学式为Be₂(BO₃)F，分子量为95.83，采用水热法或固相反应法合成化合物，该晶体的分子式为Be₂(BO₃)F，分子量为95.83，属于六方晶系，空间群为晶胞参数为α＝β＝90°，γ＝120°,Z＝2,采用水热法或高温熔液法制备，其非线性光学效应约为KDP(KH₂PO₄)的1.8倍，在200nm‑7μm的范围内具有较高的透过率，紫外透过截止边为138nm，红外透过截止边为8.5μm。该晶体生长过程具有操作简单，成本低，生长周期短，物化性质稳定等优点。在倍频转换、光参量振荡器等非线性光学器件中可以得到广泛应用。

技术领域

本发明涉及一种化合物氟硼酸铍和氟硼酸铍非线性光学晶体及其制备方法和用途，属于无机化学领域，也属于晶体学领域、材料科学领域和光学领域。

背景技术

1960年T.M.Maiman研究成功了世界上第一台红宝石(Cr³⁺:Al₂O₃)脉冲激光器，自此激光成为20世纪以来，继原子能、计算机、半导体之后，人类的又一非常重大的发明，并在科研、工业、交通、国防和医疗卫生等方面发挥越来越重要的作用。但是，当前各种激光器直接输出的激光波段有限，从紫外波段到红外波段尚存有激光空白波段。以目前可调谐范围最大的钛宝石(Ti:Al₂O₃)激光器为例，其最大可调谐范围仅在670nm-1100nm之间，远不能满足激光技术发展需要。1961年P.A.Franken将红宝石激光入射水晶(α-SiO₂),首次发现了晶体所产生的倍频效应。从此以后，非线性光学晶体研究得到飞速的发展，利用非线性光学晶体拓宽激光辐射波长范围，成为开辟新的激光光源的重要手段。

硼酸盐非线性光学晶体是当前应用最广的激光变频晶体，因此在硼酸盐体系中探索新型变频晶体并实现激光波长的高效率转换成为激光领域一直关注的热点。尤其是在精密微加工、激光刻蚀、光学照相等领域的发展中越来越需要紫外和深紫外激光相干光源，即需要性能优异的紫外和深紫外非线性光学晶体。世界上广泛应用的硼酸盐紫外非线性晶体材料主要有偏硼酸钡(β-BaB₂O₄,β-BBO)和三硼酸锂(LiB₃O₅,LBO)，这是中国科学家分别于1985年和1989年发明。上世纪90年代中科院福建物构所成功研制出了KBe₂(BO₃)F₂(KBBF)深紫外非线性光学晶体，该晶体是目前唯一能实现177.3nm波长输出的倍频材料。KBBF族晶体是我国在非线性光学晶体研究领域中，继发现BBO、LBO晶体后的第3个中国牌非线性光学晶体，对推动全固态深紫外激光源的发展和应用具有开拓性的作用，也充分证明我国在非线性光学晶体领域继续保持国际领先水平。1978年，I.A.Baidina等人采用水热法得到了空间群为C2的Be₂(BO₃)F晶体，属单斜晶系，晶胞参数为a＝0.7687nm,b＝0.4439nm,c＝0.8699nm,β＝107.08°。2005年，夏文兵等人采用固相反应合成了该化合物，测试其粉末倍频为KDP的1/4，并对其进行了理论计算。2015年，福建物质结构研究所的叶宁等人申请了“非线性光学晶体氟硼酸铍及其制备方法和用途”，该专利中报道的Be₂BO₃F晶体结构属于三方晶系，空间群为R32，晶胞参数为α＝β＝90°,γ＝120°,Z＝3,倍频系数约为KDP的2.2倍，紫外吸收边短于180nm。2016年，Shu Guo等人报道了一个中心对称结构的Be₂BO₃F晶体，并对其结构和性能做了研究，晶体结构为空间群，晶胞参数为Z＝2，但该晶体没有倍频效应，不能用作非线性光学晶体。