[發(fā)明專利]氟碳酸鈣鈉化合物及其非線性光學(xué)晶體與晶體生長(zhǎng)方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310690859.5
• 申請(qǐng)日: 2013-12-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103710749A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-04-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 葉寧;羅敏
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所
• 主分類號(hào): C30B29/12
• 分類號(hào): C30B29/12;C30B7/00;G02F1/355
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種新型光電子功能材料及生長(zhǎng)方法和用途，特別是涉及一種非線性光學(xué)晶體材料及其制備方法和用途，即氟碳酸鈣鈉，其化學(xué)式為Ca₂Na₃(CO₃)₃F，簡(jiǎn)稱CNCF。

技術(shù)背景

晶體的非線性光學(xué)效應(yīng)是指這樣一種效應(yīng)：當(dāng)一束具有某種偏振方向的激光按一定入射方向通過(guò)一塊非線性光學(xué)晶體（如CNCF）時(shí)，該光束的頻率將發(fā)生變化。

具有非線型光學(xué)效應(yīng)的晶體稱為非線性光學(xué)晶體。利用非線性光學(xué)晶體進(jìn)行激光頻率轉(zhuǎn)換，拓寬激光波長(zhǎng)的范圍，使激光的應(yīng)用更加廣泛。尤其是硼酸鹽類非線性光學(xué)晶體如BBO、LBO、KBBF、SBBO、TBO、KABO、BABO等晶體以其優(yōu)異的光學(xué)性質(zhì)而倍受關(guān)注。在光學(xué)照相、光刻蝕、精密儀器加工等領(lǐng)域的發(fā)展越來(lái)越需要紫外和深紫外激光相干光源，即需要性能優(yōu)異的紫外和深紫外非線性光學(xué)晶體。

KBBF的基本結(jié)構(gòu)基元是(BO₃)^3-平面基團(tuán)，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(shí)現(xiàn)很寬的相位匹配范圍，是目前為止最優(yōu)秀的深紫外非線性光學(xué)晶體。但由于KBBF是一種層狀結(jié)構(gòu)的晶體，層與層之間是靠靜電吸引而不是通過(guò)價(jià)鍵相連接的，層狀習(xí)性嚴(yán)重，在z方向生長(zhǎng)速度很慢，生長(zhǎng)出的單晶體分層現(xiàn)象明顯，晶體不易生長(zhǎng)。

SBBO的基本結(jié)構(gòu)基元也是(BO₃)^3-平面基團(tuán)，但它用氧取代氟離子，使得層與層之間通過(guò)氧橋相互連接，以便改進(jìn)KBBF的層狀習(xí)性，而每一層的結(jié)構(gòu)則保持基本不變。SBBO不僅具有較大的宏觀倍頻系數(shù)，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(xí)性，解決了晶體生長(zhǎng)的問(wèn)題。在此基礎(chǔ)上，保持(BO₃)^3-基團(tuán)的結(jié)構(gòu)條件基本不變，替換陽(yáng)離子Sr²⁺和Be原子，相繼研制了TBO、KABO、BABO等一系列非線性光學(xué)晶體，它們統(tǒng)稱為SBBO族晶體。它們克服了KBBF單晶生長(zhǎng)的層狀習(xí)性，但這些晶體到目前為止還不能取代KBBF單晶，因?yàn)镾BBO和TBO晶體的結(jié)構(gòu)完整性不好，其宏觀性能顯示的光學(xué)均勻性非常差，目前還無(wú)法在實(shí)際器件中得到應(yīng)用；KABO和BABO晶體的結(jié)構(gòu)完整性很好，具有較好的光學(xué)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。

由于(CO₃)^2-與(BO₃)^3-的結(jié)構(gòu)和配位數(shù)相似，我們認(rèn)為可用(CO₃)^2-代替(BO₃)^3-，然后以堿金屬和堿土金屬離子作為陽(yáng)離子，加入氟離子調(diào)整層間結(jié)構(gòu)，從而得到新的化合物，開(kāi)拓深紫外非線性光學(xué)晶體的應(yīng)用。經(jīng)過(guò)水熱法晶體生長(zhǎng)，單晶結(jié)構(gòu)測(cè)定，證實(shí)了這種設(shè)想是可能的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種氟碳酸鈣鈉化合物，其化學(xué)式為Ca₂Na₃(CO₃)₃F。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種氟碳酸鈣鈉化合物制備方法。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種氟碳酸鈣鈉非線性光學(xué)晶體，其化學(xué)式為Ca₂Na₃(CO₃)₃F。

本發(fā)明的再一目的在于提供一種氟碳酸鈣鈉非線性光學(xué)晶體的生長(zhǎng)方法。

本發(fā)明還有一個(gè)目的在于提供氟碳酸鈣鈉非線性光學(xué)晶體的用途。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

本發(fā)明提供的氟碳酸鈣鈉化合物，其化學(xué)式為Ca₂Na₃(CO₃)₃F。

本發(fā)明提供的氟碳酸鈣鈉非線性光學(xué)晶體，其化學(xué)式為Ca₂Na₃(CO₃)₃F，該晶體不具有對(duì)稱中心，屬于單斜晶系，空間群為Cm，晶胞參數(shù)α=γ=90°，β=101.662°，z=2，單胞體積為晶體結(jié)構(gòu)如圖2。