[發明專利]非線性光學晶體硼鈹酸鈉及其生長方法和用途

有效

• 申請號: 200810070806.2
• 申請日: 2008-03-25
• 公開（公告）號: CN101545138A
• 公開（公告）日: 2009-09-30
• 發明（設計）人: 葉寧;王時超;李煒
• 申請（專利權）人: 中國科學院福建物質結構研究所
• 主分類號: C30B29/22
• 分類號: C30B29/22;C30B9/12;H01S3/16
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技術領域

本發明涉及一種新型光電子功能材料及生長方法和用途，特別是涉及一種 非線性光學晶體材料及其制備方法和用途，即硼鈹酸鈉，其化學式為NaBeB₃O₆， 簡稱NBB。

技術背景

晶體的非線性光學效應是指這樣一種效應：當一束具有某種偏振方向的激 光按一定入射方向通過一塊非線性光學晶體(如NBB)時，該光束的頻率將發生 變化。

具有非線型光學效應的晶體稱為非線性光學晶體。利用非線性光學晶體進 行激光頻率轉換，拓寬激光波長的范圍，使激光的應用更加廣泛。尤其是硼酸 鹽類非線性光學晶體如BBO、LBO、KBBF、SBBO、TBO、KABO、BABO等晶體以其 優異的光學性質而倍受關注。在光學照相、光刻蝕、精密儀器加工等領域的發 展越來越需要紫外和深紫外激光相干光源，即需要性能優異的紫外和深紫外非 線性光學晶體。

BBO晶體的基本結構基元是(B₃O₆)^3-平面基團，這種基團具有大的共軛π鍵， 使得BBO的紫外吸收邊在189nm左右，限制了晶體在紫外區的應用；且大的共 軛π鍵也會導致較大的雙折射率(Δn＝0.12)，從而限制了它的諧波轉換效率 及諧波光的質量。

KBBF的基本結構基元是(BO₃)^3-平面基團，此晶體的紫外吸收邊在155nm左右， 具有適中的雙折射率(Δn＝0.07)，可以實現很寬的相位匹配范圍，是目前為 止最優秀的深紫外非線性光學晶體。但由于KBBF是一種層狀結構的晶體，層與 層之間是靠靜電吸引而不是通過價鍵相連接的，層狀習性嚴重，在z方向生長 速度很慢，生長出的單晶體分層現象明顯，晶體不易生長。

SBBO的基本結構基元也是(BO₃)^3-平面基團，但它用氧取代氟離子，使得層 與層之間通過氧橋相互連接，以便改進KBBF的層狀習性，而每一層的結構則保 持基本不變。SBBO不僅具有較大的宏觀倍頻系數，低的紫外吸收邊(165nm)， 適中的雙折射率(Δn＝0.06)，而且徹底克服了晶體的層狀習性，解決了晶體 生長的問題。在此基礎上，保持(BO₃)^3-基團的結構條件基本不變，替換陽離子 Sr²⁺和Be原子，相繼研制了TBO、KABO、BABO等一系列非線性光學晶體，它們 統稱為SBBO族晶體。它們克服了KBBF單晶生長的層狀習性，但這些晶體到目 前為止還不能取代KBBF單晶，因為SBBO和TBO晶體的結構完整性不好，其宏 觀性能顯示的光學均勻性非常差，目前還無法在實際器件中得到應用；KABO和 BABO晶體的結構完整性很好，具有較好的光學均勻性，但由于Al取代了Be， 它們的吸收邊紅移到180nm左右，很難用于深紫外的諧波輸出。

LBO的基本結構基元是將(B₃O₆)^3-基團中的一個B原子由三配位變成四配位從 而形成(B₃O₇)^5-基團。它具有較大的倍頻系數，紫外吸收邊在160nm左右，但是 由于在實際晶體內的(B₃O₇)^5-基團互相連接，在空間中形成與z軸成45°的螺旋 鏈而無法在晶格中平行排列，使晶體的雙折射率降得過低(Δn＝0.04～0.05)， 從而使得它在紫外區的相位匹配范圍受到嚴重限制，使帶隙寬的優勢未能充分 發揮。

由于Be與B的離子半徑和配位數相似，我們認為可用若干Be原子代替上 述幾種硼氧基團中的B原子從而形成全新的鈹硼氧復合基團，然后以堿金屬和 堿土金屬離子作為陽離子，從而得到新的化合物，開拓深紫外非線性光學晶體 的應用。經過固相合成，晶體生長，單晶結構測定，證實了這種設想是可能的。

發明內容

本發明的目的在于提供一種硼鈹酸鈉化合物，其化學式為NaBeB₃O₆。

本發明的另一目的在于提供一種硼鈹酸鈉化合物制備方法。

本發明的另一目的在于提供一種硼鈹酸鈉非線性光學晶體，其化學式為 NaBeB₃O₆。