[發明專利]化合物二硼酸二鉛和二硼酸二鉛非線性光學晶體及制備方法和用途

有效

• 申請號: 201310151074.0
• 申請日: 2013-04-26
• 公開（公告）號: CN103193243A
• 公開（公告）日: 2013-07-10
• 發明（設計）人: 潘世烈;董凌云
• 申請（專利權）人: 中國科學院新疆理化技術研究所
• 主分類號: C01B35/12
• 分類號: C01B35/12;C30B17/00;C30B29/22
• 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

本發明涉及一種化合物二硼酸二鉛和二硼酸二鉛非線性光學晶體及制備方法和用途。

背景技術

1961年Franken的激光倍頻實驗開辟了非線性光學及其材料的新紀元。利用非線性光學晶體進行變頻以獲得寬調諧的各種激光光源已成為激光技術發展的前沿課題。從石英倍頻晶體開始，鈮酸鋰、磷酸二氫鉀、偏硼酸鋇、三硼酸鋰、鈮酸鉀、硼酸銫、硼酸銫鋰、氟硼酸鉀鈹等非線性光學晶體被發現，廣泛應用于激光倍頻、和頻、差頻、光參量放大以及電光調制、電光偏轉等。但是到目前為止，各種全固態激光器直接輸出的激光波段有限，而且現有的一些非線性光學晶體材料存在著明顯的不足。因此，人們仍在致力于尋找性能優異的新型無機非線性光學晶體。

對于非線性光學晶體材料，硼酸鹽化合物被廣泛的認為是一種理想的材料，因為其帶隙較大，雙光子吸收概率小，激光損傷閾值較高；而在硼酸鹽體系中，引入具有SOJT效應的金屬陽離子，易于得到非中心對稱化合物，有利于產生大的SHG效應，因此二者的有效結合是探索和開發具有應用前景的新型非線性光學晶體材料的重要手段。

發明內容

本發明目的在于為解決全固態紫外激光系統對具有非線性光學效應的晶體材料的需要,提供一種化合物二硼酸二鉛和二硼酸二鉛非線性光學晶體及制備方法和用途，該化合物的化學式為Pb₂B₂O₅，分子量為516.00，采用固相法制備。該化合物晶體的化學式為Pb₂B₂O₅，分子量為516.00，不具有對稱中心，屬三斜晶系，空間群P1，晶胞參數為α=76.275(7)，β=76.688(7)，γ=74.100(8)，Z=3，其粉末倍頻效應達到KDP(KH₂PO₄)的2倍。

本發明另一目的提供一種化合物二硼酸二鉛非線性光學晶體的制備方法。

本發明又一個目的是提供一種化合物二硼酸二鉛非線性光學晶體的用途，可作為制備倍頻發生器、上或下頻率轉換器或光參量振蕩器。

本發明所述的一種化合物二硼酸二鉛，其特征在于該化合物的化學式為Pb₂B₂O₅，分子量為516.00，采用固相法制備。

一種化合物二硼酸二鉛非線性光學晶體，該晶體的化學式為Pb₂B₂O₅，分子量為516.00，屬于三斜晶系，空間群為P1，晶胞參數為α=76.275(7)，β=76.688(7)，γ=74.100(8)，Z=3，

所述化合物二硼酸二鉛非線性光學晶體的制備方法，采用固相反應法及高溫熔液法生長晶體，具體操作按下列步驟進行：

a、采用固相反應法，按摩爾比Pb:B=1:1稱取含鉛化合物和含硼化合物放入研缽中，研磨均勻后放入剛玉坩堝，將剛玉坩堝置于馬弗爐中，緩慢升溫至350℃，恒溫12小時，冷卻后取出坩堝，將樣品研磨均勻，再置于坩堝中，將馬弗爐升溫至420℃，恒溫48小時后將樣品取出，放入研缽中仔細研磨得到二硼酸二鉛化合物單相多晶粉末，再對該多晶粉末進行X射線分析，所得X射線譜圖與Pb₂B₂O₅單晶研磨成粉末后的X射線譜圖是一致的；

b、將步驟a制備的二硼酸二鉛化合物和助熔劑PbF₂或PbF₂－H₃BO₃混勻在坩堝中，以溫度1－80℃/h的升溫速率將其加熱至520－600℃，恒溫6－100小時，得到混合熔液；

或直接按摩爾比稱取含鉛化合物和硼酸與助熔劑均勻混合，以溫度1－80℃/h的升溫速率將其加熱至520－600℃，恒溫6－100小時，得到混合熔液；

c、將步驟b得到的混合熔液降溫至460℃－540℃，將籽晶桿伸入液面以下，以溫度0.5－5℃/h的速率緩慢降溫10－40℃，將籽晶桿提出液面，籽晶桿上會有聚集物，再以溫度1－80℃/h的速率降至室溫，獲得二硼酸二鉛籽晶；

d、將步驟b的混合熔液降溫至440－520℃，將步驟c得到的籽晶固定在籽晶桿上，從晶體生長爐頂部下籽晶，先將籽晶預熱5－60分鐘，然后將籽晶下至接觸混合熔液液面或混合熔液中進行回熔，恒溫5－60分鐘，快速降溫至430－510℃；