[發明專利]摻Pb2+離子高溫相偏硼酸鋇晶體及其生長方法和用途

在審

• 申請號: 201410820085.8
• 申請日: 2014-12-24
• 公開（公告）號: CN104532350A
• 公開（公告）日: 2015-04-22
• 發明（設計）人: 萬松明;馮德玄;唐小路;張波
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院
• 主分類號: C30B29/22
• 分類號: C30B29/22;C30B15/00;C30B17/00;C30B11/00;G02B1/00
• 代理公司: 安徽合肥華信知識產權代理有限公司34112
• 代理人: 余成俊

技術領域

本發明涉及摻Pb²⁺離子高溫相偏硼酸鋇(α-BaB₂O₄)晶體及其生長方法和用途，屬于人工晶體生長技術領域和激光技術領域。

背景技術

高溫相偏硼酸鋇(α-BaB₂O₄)晶體是一種多功能光學材料。它屬于三方晶系，晶胞參數a＝b＝0.7235nm,c＝3.9192nm，空間群為R-3c，為負單軸晶。α-BaB₂O₄晶體有良好的化學穩定性，合適的硬度(莫氏硬度4.5)，透光波段寬(從189nm到3500nm)，雙折射率大(532nm波長時Δn＝0.14)，光損傷閾值高(不小于1.0GW/cm²)，是目前唯一在紫外波段獲得應用的雙折射晶體(周國清，徐軍，陳杏達，陳偉，李紅軍，徐科，干福熹，材料研究學報，14(2000)86。)。利用α-BaB₂O₄晶體可制作成各種規格的、在紫外－可見－近紅外寬波段使用的棱鏡(如渥拉斯頓棱鏡、洛匈棱鏡、格蘭型棱鏡、薩那芒特棱鏡等)和光隔離器件等光學器件。

我們近期的研究結果表明：α-BaB₂O₄晶體還是一種具有潛在應用價值的受激Raman散射(SRS)晶體，其SRS活性模式的頻率在635cm^–1附近，有別于常見的SRS晶體活性振動模式頻率。因此α-BaB₂O₄晶體可以做為全固態激光變頻元件，產生常規手段難以獲得的、特殊波長的激光，應用于激光醫療、環境檢測、激光遙感、科學研究等諸多領域。

α-BaB₂O₄晶體應用面臨的主要問題是晶體制備困難。根據梁敬魁等人的研究結果(梁敬魁，張玉苓，黃清鎮等，化學學報，10(1982)994。)，α-BaB₂O₄晶體穩定存在的溫度區間在其熔點和925℃之間。中科院福建物質結構研究所和中科院上海光機所曾嘗試通過提拉法生長α-BaB₂O₄晶體(徐軍，鄧佩珍，高溫相偏硼酸鋇(α-BaB₂O₄)晶體的生長方法，中國專利，專利號CN?1196405A。)。但是由于α-BaB₂O₄晶體生長存在顯著的各向異性：平行于c方向和垂直于c方向晶體生長速度相差懸殊。這一方面造成了晶體在c方向上難以長厚，另一方面也給晶體生長過程控制增加了難度。另外由于α-BaB₂O₄晶體不同晶向的熱膨脹系數相差很大(平行于a軸方向α＝0.9×10^–6/K，平行于c軸方向α＝36.3×10^–6/K)，因此α-BaB₂O₄晶體在降溫過程中容易出現開裂，影響晶體的成品率和利用率。

做為受激Raman散射晶體，α-BaB₂O₄晶體應用面臨的主要問題是晶體的Raman散射截面小。而散射截面較小的晶體要產生受激Raman激光，要求泵浦激光的功率大、晶體在通光方向上的尺寸大。這對泵浦光源和晶體生長都提出了更高的要求。另外，相對于Raman散射截面大的晶體，在相同的條件下，α-BaB₂O₄晶體的光－光轉化效率也較低。因此必須采取適當的措施來提高α-BaB₂O₄晶體Raman散射截面。

發明內容

本發明的目的之一是通過摻雜Pb²⁺離子，使α-BaB₂O₄晶體結構在室溫下得以穩定，并提高了α-BaB₂O₄晶體的SRS截面；本發明的第二個目的是提供摻Pb²⁺離子的α-BaB₂O₄晶體的生長方法，解決α-BaB₂O₄晶體生長過程難以控制和晶體易出現開裂的問題，提高晶體的成品率和利用率。本發明的第三個目的是提供摻Pb²⁺離子的α-BaB₂O₄晶體的應用。

本發明的技術方案如下：