[發(fā)明專利]一種氟硼鈹酸鈣鈉非線性光學(xué)晶體及生長方法和用途

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110159619.3
• 申請日: 2011-06-15
• 公開（公告）號: CN102828245A
• 公開（公告）日: 2012-12-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳創(chuàng)天;黃洪偉;姚吉勇;王曉洋
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所
• 主分類號: C30B29/22
• 分類號: C30B29/22;C30B9/12;G02F1/355;G02F1/39
• 代理公司: 北京法思騰知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11318
• 代理人: 高宇;楊小蓉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種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(xué)材料及其制備方法和用途，具體的說，涉及到一種氟硼鈹酸鈣鈉(NaCaBe₂B₂O₆F)非線性光學(xué)晶體及生長方法和用途。所述氟硼鈹酸鈣鈉(NaCaBe₂B₂O₆F)簡稱NCBBF。

背景技術(shù)

晶體的非線性光學(xué)效應(yīng)是指這樣一種效應(yīng)：當(dāng)一束具有一定偏振方向和一定入射方向的激光通過一塊非線性光學(xué)晶體(如NCBBF)時，該激光束的頻率將發(fā)生改變。圖1和圖2為這一效應(yīng)的典型示意圖。

具有非線性光學(xué)效應(yīng)的晶體稱為非線性光學(xué)晶體。這里非線性光學(xué)效應(yīng)是指倍頻、和頻、差頻、光參量振蕩和光參量放大等效應(yīng)。只有不具有對稱中心的晶體才可能有非線性光學(xué)效應(yīng)。利用晶體的非線性光學(xué)效應(yīng)，可以制成二次諧波發(fā)生器，上、下頻率轉(zhuǎn)換器，光參量振蕩器等非線性光學(xué)器件。激光器產(chǎn)生的激光可通過非線性光學(xué)器件進(jìn)行頻率轉(zhuǎn)換，例如，通過非線性光學(xué)晶體，可以使一束紅外激光束(例如1064nm)使其變換到可見光、紫外光甚至深紫外光譜區(qū)(波長短于200nm)，因而在激光技術(shù)領(lǐng)域擁有巨大的應(yīng)用前景。目前這一波段最常用的非線性光學(xué)晶體是三種無機(jī)非線性光學(xué)晶體，即低溫相偏硼酸鋇(β-BaB₂O₄，簡稱BBO)、三硼酸鋰(LiB₃O₅，簡稱LBO，)和磷酸鈦氧鉀(KTiOPO₄，簡稱KTP)。但是這三種晶體的有效倍頻輸出波長在紫外光譜區(qū)均受到一定限制。對于BBO是由于(1)(B₃O₆)基團(tuán)具有大的共扼π軌道特性，使基團(tuán)的帶隙紅移，這導(dǎo)致BBO晶體的吸收邊在189nm；(2)受紫外吸收邊的限制，使得該晶體無法產(chǎn)生短于193nm的諧波光；(3)平面狀的(B₃O₆)基團(tuán)導(dǎo)致BBO晶體的雙折射率Δn≈0.12，大的雙折射率使BBO晶體在四倍頻處的接收角Δθ＝0.45mrad*cm，這對于實(shí)際應(yīng)用的器件太小了。而對于LBO是由于雙折射率太小，不能在更短的波段內(nèi)實(shí)現(xiàn)相位匹配，因而不能產(chǎn)生有效倍頻光輸出。對于KTP晶體其截止波段為350nm，因此也不能產(chǎn)生紫外諧波光。[BBO(β-BaB₂O₄)，參見《中國科學(xué)》B28，235，1985；LBO(LiB₃O₅)晶體，參見《中國發(fā)明專利》88102084；KTP(KTiOPO₄)，參見Handbook?of?Nonlinear?Optical?crystals]

目前，能產(chǎn)生深紫外直接倍頻輸出的非線性光學(xué)晶體的只有KBe₂BO₃F₂(簡稱KBBF)和RbBe₂BO₃F₂(簡稱RBBF)。KBBF和RBBF晶體是由平面三角型的(BO₃)基團(tuán)與四面體的(BeO₃F)基團(tuán)組成的，(BO₃)基團(tuán)的三個氧原子與Be原子相連，形成二維無限網(wǎng)絡(luò)，K⁺和Rb⁺離子處于層狀網(wǎng)絡(luò)之間，層與層之間依靠靜電作用力相互連接。晶體的非線性光學(xué)效應(yīng)主要是由(BO₃)基團(tuán)產(chǎn)生，(BO₃)基團(tuán)在晶格中呈現(xiàn)平面狀排列，相互平行并垂直于晶體的軸，使晶體具有優(yōu)秀的非線性光學(xué)性質(zhì)。此類晶體在紫外區(qū)的吸收邊為150nm左右，雙折射率為0.07左右，KBBF直接倍頻可輸出至161nm(RBBF為171nm)。利用棱鏡耦合技術(shù)，KBBF晶體實(shí)現(xiàn)了Ti:sapphire激光的四倍頻諧波光輸出和Nd基激光的六倍頻諧波光輸出[參見Appl.phys.B?2009，97，9-25]，RBBF晶體也是如此[參見J.Opt.Soc.Am.B2009，26，1519-1525]。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種氟硼鈹酸鈣鈉非線性光學(xué)晶體，該晶體適合于紫外波段激光變頻的需要，可用于制作非線性光學(xué)器件，可實(shí)現(xiàn)Nd:YAG激光的2倍頻，3倍頻，4倍頻，5倍頻，甚至短于200nm的倍頻輸出。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種氟硼鈹酸鈣鈉非線性光學(xué)晶體生長方法，該晶體生長方法方便快捷；