[發明專利]大尺寸氯氟硼酸鋇非線性光學晶體及其制備方法和用途

有效

• 申請號: 201210012481.9
• 申請日: 2012-01-16
• 公開（公告）號: CN103205811A
• 公開（公告）日: 2013-07-17
• 發明（設計）人: 潘世烈;張敏
• 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;C30B7/10;G02F1/355;G02F1/39
• 代理公司: 烏魯木齊中科新興專利事務所 65106
• 代理人: 張莉

技術領域

本發明涉及一種無機硼酸鹽氟硼酸氯鋇非線性光學晶體。

背景技術

1960年T.M.Maiman研究成功了世界上第一臺紅寶石(Cr³⁺:Al₂O₃)脈沖激光器，自此激光成為20世紀以來，繼原子能、計算機、半導體之后，人類的又一非常重大的發明，并在科研、工業、交通、國防和醫療衛生等方面發揮越來越重要的作用。但是，當前各種激光器直接輸出的激光波段有限，從紫外波段到紅外波段尚存有激光空白波段。以目前可調諧范圍最大的鈦寶石(Ti:Al₂O₃)激光器為例，其最大可調諧范圍僅在670nm-1100nm之間，遠不能滿足激光技術發展需要。1961年P.A.Franken將紅寶石激光入射水晶(α-SiO₂)，首次發現了晶體所產生的倍頻效應。從此以后，非線性光學晶體研究得到飛速的發展，利用非線性光學晶體拓寬激光輻射波長范圍，成為開辟新的激光光源的重要手段。

硼酸鹽非線性光學晶體是當前應用最廣的激光變頻晶體，因此在硼酸鹽體系中探索新型變頻晶體并實現激光波長的高效率轉換成為激光領域一直關注的熱點。世界上廣泛應用的硼酸鹽紫外非線性晶體材料主要有偏硼酸鋇(β-BaB₂O₄，β-BBO)和三硼酸鋰(LiB₃O₅，LBO)，這是中國科學家分別于1985年和1989年發明。上世紀90年代中科院福建物構所成功研制出了KBe₂(BO₃)F₂(KBBF)深紫外非線性光學晶體，該晶體是目前唯一能實現177.3nm波長輸出的倍頻材料。KBBF族晶體是我國在非線性光學晶體研究領域中，繼發現BBO、LBO晶體后的第3個中國牌非線性光學晶體，對推動全固態深紫外激光源的發展和應用具有開拓性的作用，也充分證明我國在非線性光學晶體領域繼續保持國際領先水平。雖然現有非線性光學晶體如BBO、LBO、KBBF已得到廣泛的應用，但隨著社會的發展人類對技術的需求永無止境。因此，探索高性能的新型非線性光學晶體材料是光電功能材料領域的重要課題，人們仍在不斷探索以求發現性能更好的非線性光學晶體。

發明內容

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，提供一種紫外吸收邊較低，透光波段較寬，容易制備且穩定性較好的大尺寸氟硼酸氯鋇非線性光學晶體，該晶體化學式為BaClBF₄。

本發明的另一目的是提供一種使用水熱法操作簡便的制備大尺寸的氟硼酸氯鋇非線性光學晶體的方法。

本發明的再一目的是提供大尺寸氟硼酸氯鋇非線性光學晶體的用途。

本發明所述的一種大尺寸氟硼酸氯鋇非線性光學晶體，該晶體的化學式為BaClBF₄，分子量為259.60，屬于正交晶系，空間群為Pmn2₁，單胞參數為a＝5.228(3)b＝9.351(5)c＝4.734(3)Z＝2。

所述的大尺寸氟硼酸氯鋇非線性光學晶體的制備方法，采用水熱法制備晶體，具體操作按下列步驟進行：

a、將BaCl₂·2H₂O或Ba(OH)₂和HCl分別溶解在HBF₄中，加入H₃BO₃或B₂O₃，將不完全溶解的混合物在溫度為30-60℃下的超聲波中處理60min，使其充分混合溶解；

或將BaCl₂·2H₂O或Ba(OH)₂和HCl分別溶解在HBF₄中，將不完全溶解的混合物在溫度為30-60℃下的超聲波中處理60min，使其充分混合溶解；

b、將步驟a中的溶液轉入到體積為25-100mL的高壓反應釜的聚四氟乙烯內襯中，并將反應釜旋緊密封；

c、將步驟b中的高壓反應釜放置在恒溫箱內，按溫度20-60℃/h的速率升溫至170-200℃，恒溫3-15天，再以溫度10-100℃/天的降溫速率降至室溫；

d、打開高壓反應釜，淡黃色的澄清溶液中獲得厘米級的大尺寸氟硼酸氯鋇晶體。