[发明专利]一种硫酸铟铷二阶非线性光学晶体材料及其制备与应用

说明书

本发明涉及一种二阶非线性光学材料晶体硫酸铟铷及其制备与作为非线性光学晶体的应用。该晶体材料的化学式为Rb₃In(SO₄)₃，分子量为1978.23，属于三方晶系，空间群为R3c，晶胞参数为α＝β＝90°，γ＝120°，Z＝2，晶胞体积为本发明的硫酸铟铷晶体材料具有优良的光学性能，该晶体具有大的光学带隙(5.75eV)，在1064nm激光照射下其粉末SHG系数为KH₂PO₄(KDP)的0.5倍，且在1064nm激光照射下能实现相位匹配。

技术领域

本发明涉及一种无机混合主族金属硫酸盐非线性光学晶体硫酸铟铷及其制备与应用，属于无机化学领域、晶体学领域和非线性光学材料领域。

材料研究背景

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，然而，目前依然缺乏应用于紫外波段的商用非线性光学晶体。这是由于紫外波段的非线性光学晶体需要满足众多苛刻的条件：大的倍频系数和光学带隙，良好的物理和化学稳定性，易生长成大尺寸高质量的单晶等。尤其是倍频系数和光学带隙之间还存在相互制约的关系。因此，研究实现倍频系数和光学带隙平衡的新型非线性紫外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。

作为和磷酸盐具有相似结构的非π共轭的硫酸盐，长期以来一直被科学家们所忽视。近期报道的硫酸盐非线性光学晶体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，是一类有望获得实际应用的非线性光学晶体材料。由于硫酸根基团具有较弱的极性，为了增强非线性光学响应，现有方法是引入含孤对电子的离子，但这种方法极大降低了材料的光学带隙。

发明内容

本发明的目的在于，解决当前缺乏可实际应用的紫外非线性光学晶体材料的问题，提供一种实现倍频系数和光学带隙之间的平衡，性能良好的紫外非线性光学晶体材料硫酸铟铷及其制备与应用，本材料是通过在金属硫酸盐体系中引入三价铟离子，实现了倍频系数和光学带隙之间的平衡。

本发明所述的一种紫外非线性光学晶体材料硫酸铟铷，所述晶体材料的化学式为Rb₃In(SO₄)₃，属于三方晶系，空间群为R3c，晶胞参数为α＝β＝90°，γ＝120°，Z＝2，晶胞体积为

本发明的硫酸铟铷的晶体结构如下：每个In³⁺与六个氧原子配位形成[InO₆]八面体，每个[InO₆]八面体通过共用氧原子与六个[SO₄]相连并在c轴上延伸形成[In(SO₄)₃]_∞一维链结构，链与链之间通过铷离子来维持电荷平衡。

一种如上所述的硫酸铟铷晶体材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将铷源、铟源、硫酸和水混合形成初始混合原料；

(2)在水热反应过程中，密封的水热反应釜中形成高温高压状态，可模拟出类似地质岩石矿物的自然形成条件，有利于难溶的原料溶解、混合，加速化学反应速率和晶化速率，经过这种非均相反应即得所述硫酸铟铷晶体材料。

所述的铷源为硫酸铷。

所述的铟源为氧化铟。