[發明專利]八水合偏硼酸鋰非線性光學晶體及其制備方法和用途

有效

• 申請號: 200910113384.7
• 申請日: 2009-07-17
• 公開（公告）號: CN101603203A
• 公開（公告）日: 2009-12-16
• 發明（設計）人: 潘世烈;韓健;王智蓉
• 申請（專利權）人: 中國科學院新疆理化技術研究所
• 主分類號: C30B29/22
• 分類號: C30B29/22;C30B7/00;C30B7/08;G02F1/355
• 代理公司: 烏魯木齊中科新興專利事務所
• 代理人: 張 莉

技術領域

本發明涉及一種無機非線性光學晶體，屬于無機化學領域，也屬 于材料科學領域和光學領域。

背景技術

非線性光學晶體在許多領域，如激光技術、大氣監測、國防等方 面，都有著重要的應用價值。經過幾十年探索和研究，非線性光學晶 體材料取得了豐碩的成果，尤其是激光頻率轉換晶體的研究更為深 入，許多性能優異的非線性光學晶體已經在光學、通訊、醫療、軍事 等方面獲得廣泛應用。由于非線性光學晶體材料有如此重要的應用前 景，因而國內外關于非線性光學晶體材料的研究一直非常活躍。盡管 如此，非線性光學晶體的綜合性能仍然存在諸多不足，尋找和研究新 型非線性光學晶體材料仍然是當前一個非常重要的工作。

依據透光波段和適用范圍，非線性光學晶體材料可分為紫外光 區、可見光區和紅外光區非線性光學材料。

長期以來，尋找具有優良性質的紫外非線性光學材料一直是國內 外科學家所關注的熱點。研究最早的紫外波段的頻率轉換晶體是五硼 酸鉀(KB₅O₈·4H₂O)晶體，雖然它的透過波段達真空紫外，但因其 倍頻系數甚小(僅為ADP晶體的1/10)，所以在應用上受到很大限制。 自20世紀70年代末至80年代，科學家們相繼發現了一系列具有優良性 能的紫外非線性光學晶體，如BBO(β-偏硼酸鋇)、LBO(三硼酸鋰)、 KBBF(氟硼酸鈹鉀)等。雖然這些材料的晶體生長技術已日趨成熟， 但仍存在著明顯的不足之處：如晶體易潮解、生長周期長、層狀生長 習性嚴重及價格昂貴等。因此，尋找新的紫外非線性光學晶體材料仍 然是一個非常重要的工作。

在1897年，Le?Chatelier等人首次報道了八水合偏硼酸鋰 (LiBO₂·8H₂O)的結構，后來也有陸續報道，但是這些報道都尚未涉及 到晶體線性、非線性性能的測試研究以及其在非線性光學方面的應 用。要測試一種晶體的基本物理性能(包括非線性光學性能)需要該 晶體的尺寸達數毫米甚至厘米級的單晶，至今尚未見到有關制備大小 足以供物性測試用的LiBO₂·8H₂O單晶的報道，更無法在市場上購到 該晶體，另外也沒有關于LiBO₂·8H₂O單晶非線性光學性能測試結果 的報告或將LiBO₂·8H₂O單晶用于制作非線性光學器件的報道。

發明內容

本發明所要解決的問題是提供一種紫外吸收邊較低，透光波段較 寬，二階非線性光學系數較大，能夠實現相位匹配，容易制備且穩定 性較好的紫外非線性光學晶體材料及其制備方法和用途。

本發明提供的技術方案是：一種無機紫外非線性光學晶體材料， 其分子式為LiBO₂·8H₂O，晶體空間群為P3。

本發明的目的是為了彌補各類激光器發射激光波長的空白光譜 區，從而提供一種具有厘米級的大尺寸透明八水合偏硼酸鋰非線性光 學晶體；

本發明的另一目的是提供一種使用水溶液法操作簡便的制備大 尺寸八水合偏硼酸鋰非線性光學晶體的制備方法；

本發明的又一目的是提供大尺寸八水合偏硼酸鋰非線性光學晶 體的性能分析；

本發明的再一目的是提供大尺寸八水合偏硼酸鋰非線性光學器 件的用途。

本發明所述的一種具有厘米級的大尺寸八水合偏硼酸鋰非線性 光學晶體，該晶體分子式為：LiBO₂·8H₂O，屬于三方晶系，空間群為 P3，分子量為193.87，單胞參數為a＝b＝6.5534(5)c＝6.1740(7)紫外吸收邊達190nm以下。

所述的大尺寸八水合偏硼酸鋰非線性光學晶體的制備方法，采用 水溶液法制備晶體，具體操作按下列步驟進行：

a、將LiOH或Li₂O溶解在去離子水的容器中，加入H₃BO₃或 B₂O₃，然后將不完全溶解的物質在25-50℃下置于超聲波中處理 60min，使其充分混合溶解；

b、將步驟a中的溶液自然冷卻至室溫后，用膜封口并在膜上扎 若干個小孔或者直接將溶液體系敞口，在反應溫度25-50℃下靜置 3-30天；