[发明专利]一种四元非心硫化物的晶体材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种红外非线性光学晶体材料La₂CuSbS₅的制备方法及其应用。其将BaX₂、CsX、La,Cu,Sb和S混合，通过双助熔剂法得到高纯度的La₂CuSbS₅晶体材料。其中X为卤素。本发明提供的新型红外非线性光学晶体材料，具有优良的二阶非线性光学性质以及大小适中的双折射率，具有强的红外倍频响应，其粉末倍频强度可达到商用材料AgGaS₂的0.5倍，且其激光损伤阈值是AgGaS₂晶体的6.7倍，可用于中红外探测器和激光器。

技术领域

本发明涉及无机非线性光学材料技术领域，具体涉及一种四元非心硫化物的晶体材料的制备方法与应用。

背景技术

非线性光学晶体是一类非常重要的功能材料，在激光通讯、光学信息处理、集成电路和军事技术等方面有着广泛的用途。根据材料应用波段的不同，非线性光学晶体可以分为深紫外-紫外波段，可见-近红外波段以及中远红外波段三大类。其中紫外和可见波段的非线性光学晶体材料已经能够满足实际应用的要求。而红外波段的非线性光学晶体材料主要是ABC₂型的黄铜矿结构的半导体材料，典型的例子如AgGaS₂、AgGaSe₂、ZnGeP₂等，这类化合物具有大的非线性光学系数和高的中远红外透过率，但是也存在激光损伤阈值低以及双光子吸收等严重的缺点，因而限制了它们的应用。因此探索具有应用前景的新型中远红外非线性光学晶体材料是当前非线性光学材料研究领域的一个难点和热点。

2016年，Kussainova,A.M.等人(J.Solid State Chem.2016,233,269–276)报道了四元非心晶体材料La₂CuSbS₅的合成方法，该合成方法最终得到的晶体材料La₂CuSbS₅杂质较高，导致其无法测试任何物理性能。

发明内容

本发明的第一个目的旨在提供一种晶体材料，所述晶体材料可以以化学式La₂CuSbS₅表示，所述晶体的纯度在95％以上，例如纯度在96％以上、97％以上、98％以上，99％以上，优选大于99.5％。

根据本发明，所述晶体为纯相。

根据本发明，所述晶体材料具有基本上如图1b所示的X-射线晶体衍射图谱。

根据本发明，所述晶体材料为红外非线性光学晶体材料，其具有优良的二阶非线性光学性质。

其中，所述晶体材料在入射波长为2000-2100nm条件下实现相位匹配，例如在入射波长为2050nm条件下实现相位匹配。例如，所述晶体材料的粉末倍频强度可以为AgGaS₂(商用材料)的0.4-0.7倍，例如0.5-0.6倍；示例性地，可以为AgGaS₂的0.5倍。优选地，所述粉末倍频强度测试时的晶体材料颗粒范围在150-210μm范围内。

其中，所述晶体材料的激光损伤阈值可以为AgGaS₂的6-8倍，例如6.5-7倍；示例性地，可以为6.7倍。优选地，所述激光损伤阈值测试时的晶体材料颗粒范围在150-210μm范围内。优选地，所述激光损伤阈值测试时的入射波长可以为1050-1075nm，例如1064nm。

根据本发明，所述晶体材料为深红色片状晶体。

本发明的第二个目的是提供上述La₂CuSbS₅晶体材料的制备方法，所述方法包括：将原料BaX₂、CsX、La、Cu、Sb和S混合，通过高温固相法，得到所述La₂CuSbS₅晶体材料。