[发明专利]一种锆氟碘酸铯二阶非线性光学晶体及其制备与应用

说明书

本发明涉及一种锆氟碘酸铯二阶非线性光学晶体及其制备与应用，该晶体材料的化学式为CsZrF₄(IO₃)，分子量为475.03，属于正交晶系，其空间群为Ima2，晶胞参数为α＝β＝γ＝90°，Z＝4，晶胞体积为本发明的锆氟碘酸铯晶体材料具有优良的光学性能，在1064nm激光辐照下，粉末倍频强度约为磷酸二氢钾晶体的4.5倍，在波长1064nm的激光下测得其激光损伤阈值为已商业化的红外二阶非线性材料银镓硫的68倍。此外，该晶体材料在紫外‑可见光‑红外光区(0.3～8μm)有很宽的透过范围，在激光频率转换、光电调制、激光信号全息储存等领域具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于光学晶体材料技术领域，涉及一种锆氟碘酸铯二阶非线性光学晶体及其制备与应用。

背景技术

二阶非线性光学晶体是一种广泛应用于激光领域的光电功能材料，在激光频率转换、光电调制、激光信号全息储存、激光通讯等方面具有重要的应用价值。目前已被实际应用的二阶非线性光学材料有β-偏硼酸钡(β-BaB₂O₄)、硼酸锂(LiB₃O₅)、磷酸二氢钾(KH₂PO₄)、磷酸钛氧钾(KTiOPO₄)、铌酸锂(LiNbO₃)、钛酸钡(BaTiO₃)、银镓硫(AgGaS₂)、锌锗磷(ZnGeP₂)等，其中应用于红外波段的非线性光学材料因其本身性质缺陷，在实际应用中多有掣肘。红外区域的3-5μm和8-12μm波段作为大气传输窗口，适用于该波段的中红外非线性光学材料在激光制导、红外遥感、医学诊疗、激光通讯和工业控制等民用领域有着广阔的应用前景；同时，近期在军事技术领域如目标追踪定位、红外对抗等方面对该波段激光的应用需求也快速增长。随着红外激光技术的广泛应用和非线性光学器件的发展迅速，当前对红外非线性光学材料的理化性能的要求也越来越高，目前商业化的红外非线性光学晶体材料已不能满足实际应用的需要。因此，研究适用于中红外的新型非线性光学晶体材料是当前无机光学功能材料领域的一个重要方向。

近年来，金属碘酸盐由于其优良的性质在无机非线性光学晶体材料领域引起广泛关注，如具有较强的倍频效应、较宽的透过波段、较高的激光损伤阈值和热稳定性等，是一类有望获得实际应用的非线性光学晶体材料，但是，目前尚未见到可实际应用的此类红外非线性光学晶体材料的文献报道。

发明内容

本发明的目的就是为了提供一种锆氟碘酸铯二阶非线性光学晶体及其制备与应用，以得到同时具有大的带隙和强非线性光学性能的晶体材料，同时该材料具有极高的激光损伤阈值和宽的红外透过范围。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一方面，本发明提供了一种锆氟碘酸铯二阶非线性光学晶体，其化学式为CsZrF₄(IO₃)。

进一步的，该光学晶体属于正交晶系，其空间群为Ima2，晶胞参数为α＝β＝γ＝90°，Z＝4，晶胞体积为

本发明的锆氟碘酸铯的晶体结构如下：每个Zr⁴⁺离子分别和两个氧原子以及六个氟原子配位形成顺式的ZrO₂F₆多面体，其中两个氧配体分别和不同的两个IO₃基团连接，进一步形成顺式的[ZrF₆(IO₃)₂]^4-聚阴离子；相邻的聚阴离子之间通过ZrO₂F₆多面体的共边相互联接形成沿c轴方向延伸的一维阴离子长链；这些一维长链结构之间通过Cs-O/F键连接，构成三维网络结构。

另一方面，本发明还提供了一种锆氟碘酸铯二阶非线性光学晶体的制备方法，先取锆源、铯源、碘源、氟源、硝酸和水混合后，得到初始混合料，再在水热条件下晶化，即得到目的产物。