[發明專利]化合物硼酸鈣和硼酸鈣光學晶體及制備方法和用途

有效

• 申請號: 201410013554.5
• 申請日: 2014-01-10
• 公開（公告）號: CN104775159B
• 公開（公告）日: 2018-01-16
• 發明（設計）人: 潘世烈;劉璐;張方方;張芳袁
• 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;C30B15/00;C01B35/12
• 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

本發明涉及化學式為Ca₂B₂O₅的化合物硼酸鈣和硼酸鈣光學晶體及制備方法和利用該晶體制作的光學器件。

背景技術

雙折射現象是光在各向異性介質中傳播時表現出來的重要特征之一。光在光性非均勻介質體中傳播時，除光軸方向外，會改變其振動特點，分解為兩個電場矢量振動方向相互垂直、傳播速度不同、折射率不同的兩束偏振光，這種現象稱為雙折射，這樣的晶體稱為雙折射晶體。兩束光中，遵從折射定律的一束光稱為尋常光，其折射率用n_o表示，不遵從折射定律的一束光稱為非常光，其折射率用n_e表示。晶體的雙折射是電光功能材料重要的光學性能參數，雙折射晶體用途廣泛，主要應用于光通訊中的纖維光學隔離器、環形器、偏振光學、光束的位移和格蘭棱鏡等領域。

常用的雙折射材料主要有方解石、TiO₂、LiNbO₃、YVO₄、α-BaB₂O₄以及MgF₂等晶體。方解石晶體主要以天然形式存在，人工合成比較困難，YVO₄晶體具有較大的雙折射與離散角，優良的溫度穩定折射率性和機械性能，而且可以用提拉法生長出大尺寸高光學品質的晶體。TiO₂晶體雖然雙折射最大，但硬度大，加工器件難度也較大。LiNbO₃雖然有與YVO₄相似的機械和物理性能，晶體生長技術也較成熟，其雙折射率比YVO₄小3倍，使得所需晶體的尺寸更大。YVO₄是目前雙折射晶體中最優良的材料，但是它的透過范圍為400- 5000nm，不能用于紫外區。α-BaB₂O₄由于存在固態相變，很容易在晶體生長過程中開裂。MgF₂晶體的透過范圍是110-8500nm，它是一種應用于深紫外很好的材料，但是它的雙折射率太小。本發明提供的Ca₂B₂O₅雙折射晶體的透過范圍寬(180-3000nm)，并且雙折射率適中，且可用于紫外、深紫外波段(180-350nm)。

通過檢索，1993年Ji等人報道了Ca₂B₂O₅晶體，其屬于單斜晶系，空間群為P2₁/c，晶胞參數為a=7.234(3)b=5.181(1)c=11.524(3)β=92.94(3)°，V=431.41(10) ，Z=4（Y.Ji,J.Liang,and S.Xie，1993，Acta Crystallographica,C49,78-79）。 1999年Lin等人又對該晶體進一步報道，晶胞參數與1993年報道的相差不大，為a=7.212(2) b=5.177(1)c=11.498(3)β=92.11(2)°，V=428.6(4)，Z=4（Q. Lin,W.Cheng,J.Chen and J.Huang，1999，Acta Crystallographica,C55,4-6）。最近，日本報道了Ca-B-O體系的兩個新的天然化合物，分別是Ca₂B_1.92O_4.76(OH)_0.24的兩個相，一個相的空間群為P2₁/c，晶胞參數為a=3.5485(12)b=6.352(2)c=19.254(6) β=92.393(13)°,V=433.6(3)。另一個相的空間群為P2₁2₁2₁，晶胞參數為a= 3.55645(8)b=6.35194(15)c=19.2534(5)V=434.941(18)。（K.Kobayashi and Y.Takechi,Mineralogical Magazine,2013,77,93-105)。通過比較表明：本發明所述的化合物硼酸鈣是Ca₂B₂O₅的一個新相，屬于單斜晶系，空間群為P2₁/c，晶胞參數為a=3.5582(5)b=6.3503(8)c=19.299(3)β=92.386°，V=435.70(10) ，Z=4。至今尚未見到有該化合物的合成和晶體生長的報道，更沒有晶體雙折射性能及用于光學器件的報道。

發明內容