[发明专利]硼硫化钡中远红外非线性光学晶体及制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种硼硫化钡中远红外非线性光学晶体及制备方法和应用，该晶体的化学式为BaB₂S₄，分子量为287.20，非中心对称结构单晶，晶系为正交晶系，空间群为Cc，晶胞参数a=6.665(3)Å，b=15.727(6)Å，c=6.039(2)Å，β=110.987(4)°，Z=4，单胞体积V=591.0(4)ų。采用将硫化钡或单质钡，单质硼，单质硫在真空条件下进行固相反应法和高温熔融法制备粉末纯样和单晶；通过本发明所述方法获得的硼硫化钡中远红外非线性光学晶体的纯样XRD图与理论值吻合；在2090nm的激光下，倍频效应是AgGaS₂的0.7倍；获得毫米级晶体。

技术领域

本发明涉及一种硼硫化钡中远红外非线性光学晶体及制备方法和应用，属于红外非线性光学晶体材料领域。

背景技术

非线性光学晶体材料，根据其透过波段的范围可将其分为三大类：一、紫外及深紫外波段非线性光学材料；二、可见光及近红外波段非线性光学材料；三、红外及中远红外非线性光学材料。本发明的工作属于可见光及中远红外非线性光学材料。该波段的非线性光学晶体彩料具有广泛的用途，如在激光变频器见、红外激光雷达、激光通讯、红外滤光器件、光电对抗等方面的应用。

到目前为止，3-20μm固态中远红外波段激光的产生主要基于非线性光学原理及红外非线性光学晶体变频技术而得。红外非线性光学晶体市场上，常见的红外非线性光学晶体主要有AgGaS₂，AgGaSe₂，CdGeP₂等。尽管这些晶体都已在民用生产生活高科技领域和军事装备中得到作用，但是这些晶体材料也有自身的缺点，且在综合性能上还无法达到人们理想的要求，随着技术的发展与要求的提高，对性能更加优异的红外非线性晶体的需求更加紧迫，因此对于新型中远红外非线性晶体的探索，在民用高科技产业和提升军事装备方面都具有重要的战略意义，而且晶体材料合成与生长是该方向的一种巨大挑战。

发明内容

本发明目的在于，提供一种硼硫化钡中远红外非线性光学晶体及制备方法和应用，该晶体的化学式为BaB₂S₄，分子量为287.20，非中心对称结构单晶体，晶系为正交晶系，空间群为Cc，晶胞参数β＝110.987(4)°，Z＝4，单胞体积采用将硫化钡或单质钡，单质硼，单质硫在真空条件下进行固相反应，得到硼硫化钡红外非线性光学晶体；本发明中所述的硼硫化钡中远红外非线性光学晶体的纯样XRD图与理论值吻合；在2090nm的激光照射下，颗粒度为200-250μm的BaB₂S₄倍频效应是商业化的硫镓银(AgGaS₂)的0.7倍，且具有一类相位匹配性质。

本发明所述的一种硼硫化钡中远红外非线性光学晶体，该晶体的化学式为BaB₂S₄，分子量为287.20，非中心对称结构单晶体，晶系为正交晶系，空间群为Cc，晶胞参数β＝110.987(4)°，Z＝4，单胞体积

所述的硼硫化钡中远红外非线性光学晶体的制备方法，按下列步骤进行：

a、在含水量和含氧气量均为0.01-0.1ppm的充有惰性气体为氮气的密闭容器内按摩尔比1:2-4:3-6称取硫化钡或单质钡，单质硼，单质硫混合均匀，放入干净的石墨坩埚中，然后装入内表面渡碳的石英玻璃管中，将石英管在真空度为10^-5-10^-3Pa抽真空后封口；

b、将步骤a中的封好的石英管放入高温炉中，以升温速率为35-40℃/h升至900-950℃，保温，保温时间为15-20h，然后降至室温，时间100-150h；

c、再以3-5℃/h的速率冷却降温，得到硼硫化钡BaB₂S₄中远红外非线性光学晶体。