[发明专利]类金刚石网格结构的红外非线性光学晶体、其制备方法与用途

说明书

本发明属于无机非线性光学材料技术领域，具体公开了一种类金刚石网格结构的红外非线性光学晶体、其制备方法与用途。本发明的光学该晶体的分子式为：ACd₃Ga₅S₁₁；其中，A为碱金属元素，所述碱金属元素选自K，Rb或Cs，其晶体结构属于正交晶系，空间群为Pna2₁。本发明的光学晶体具有优良的二阶非线性光学性质，在红外波段能够实现相位匹配，较宽的透光范围，强的红外倍频响应，其粉末倍频强度可达到商用材料AgGaS₂的2‑3倍，且其激光损伤阈值是AgGaS₂晶体的35‑40倍，在激光频率转换、近红外探针、光折变信息处理等高科技领域有着重要应用价值，尤其是用于红外探测器和红外激光器。

技术领域

本发明属于无机非线性光学材料技术领域，具体涉及一种类金刚石网格结构的红外非线性光学晶体、其制备方法与用途。

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。一般来讲，理想的非线性光学晶体必须满足如下的条件：(1)大的二阶倍频系数；(2)高的激光损伤阈值；(3)大小适当的双折射率；(4)宽的光学透过范围；(5)良好的物理化学性能及机械性能等。非线性光学材料根据其物化性能可分为无机材料、有机材料、高分子材料和有机金属络合物材料。目前市场化的非线性光学晶体绝大部分都是无机材料，根据其应用波段的不同，可以分为紫外波段、可见波段以及红外波段三大类。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。

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。

发明内容

本发明旨在提供一种具有类金刚石网格结构的红外非线性光学晶体、其制备方法与用途，该光学晶体材料具有优良的二阶非线性光学性质，在红外波段能够实现相位匹配，其粉末倍频强度可达到商用材料AgGaS₂的2-3倍，且其激光损伤阈值是AgGaS₂晶体的35-40倍，很好地实现了大的二阶倍频系数和高激光损伤阈值的平衡。

本发明提供如下技术方案：

本发明提供一种光学晶体，所述光学晶体的分子式为ACd₃Ga₅S₁₁；其中，A为碱金属元素，所述碱金属元素选自K，Rb或Cs。

根据本发明的实施方案，所述光学晶体的结构属于正交晶系，空间群为Pna2₁，其晶胞参数为α＝β＝γ＝90°。

示例性地，所述光学晶体为KCd₃Ga₅S₁₁，晶胞参数为α＝β＝γ＝90°。

示例性地，所述光学晶体为RbCd₃Ga₅S₁₁，晶胞参数为α＝β＝γ＝90°。

示例性地，所述光学晶体为CsCd₃Ga₅S₁₁，晶胞参数为α＝β＝γ＝90°。

根据本发明的实施方案，所述光学晶体具有三维类金刚石网格结构，所述三维类金刚石网格结构主要是由[Cd₃S₉]和[Ga₅S₁₄]超多面体作为基本的结构单元，通过共用顶点S相互连接形成；所述碱金属离子A分散填充在所述三维类金刚石网格结构之中，作为电荷平衡。