[發(fā)明專利]KYGeS4非線性光學(xué)晶體及其生長(zhǎng)方法與應(yīng)用

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510546178.0
• 申請(qǐng)日: 2015-08-31
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105063756A
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-11-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 梅大江;吳遠(yuǎn)東
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海工程技術(shù)大學(xué)
• 主分類號(hào): C30B29/46
• 分類號(hào): C30B29/46;C30B1/10;G02F1/355
• 代理公司: 上海科盛知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31225
• 代理人: 王小榮

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光學(xué)材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及KYGeS₄非線性光學(xué)晶體及其生長(zhǎng)方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)

非線性光學(xué)晶體是對(duì)于激光強(qiáng)電場(chǎng)顯示二次以上非線性光學(xué)效應(yīng)的晶體。其是重要的光電信息功能材料之一，是光電子技術(shù)特別是激光技術(shù)的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，在信息、能源、工業(yè)制備、醫(yī)學(xué)、軍事等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景和巨大的應(yīng)用價(jià)值。利用晶體的非線性光學(xué)效應(yīng)，可以制成二次諧波發(fā)生器，上、下頻率轉(zhuǎn)換器，光參量振蕩器等非線性光學(xué)器件。激光器產(chǎn)生的激光可通過(guò)非線性光學(xué)器件進(jìn)行頻率轉(zhuǎn)換，從而獲得更多有用波長(zhǎng)的激光，使激光器得到更廣泛的應(yīng)用。

根據(jù)材料應(yīng)用波段的不同，可以分為紫外光區(qū)、可見(jiàn)和近紅外光區(qū)、中紅外光區(qū)非線性光學(xué)材料三大類。可見(jiàn)光區(qū)和紫外光區(qū)的非線性光學(xué)晶體材料已經(jīng)能滿足實(shí)際應(yīng)用的要求；如在二倍頻(532nm)晶體中實(shí)用的主要有KTP(KTiOPO₄)、BBO(β-BaB₂O₄)、LBO(LiB₃O₅)晶體；在三倍頻(355nm)晶體中實(shí)用的有BBO、LBO、CBO(CsB₃O₅)可供選擇。而紅外波段的非線性晶體發(fā)展比較慢；紅外光區(qū)的材料大多是ABC₂型的黃銅礦結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體材料，如AgGaQ₂(Q＝S,Se,Te)，紅外非線性晶體的光損傷閾值太低和晶體生長(zhǎng)困難，直接影響了實(shí)際使用。中紅外波段非線性光學(xué)晶體在光電子領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用，例如，它可以通過(guò)光參量振蕩或光參量放大等手段將近紅外波段的激光(如1.064μm)延伸到中紅外區(qū)；也可以對(duì)中紅外光區(qū)的重要激光(如CO₂激光，10.6μm)進(jìn)行倍頻，這對(duì)于獲得波長(zhǎng)連續(xù)可調(diào)的激光具有重要意義。

因此，尋找優(yōu)良性能的新型紅外非線性光學(xué)晶體材料已成為當(dāng)前非線性光學(xué)材料研究領(lǐng)域的難點(diǎn)和前沿方向之一。近年來(lái)，在發(fā)展新型非線性光學(xué)晶體時(shí)，不僅注重晶體的光學(xué)性能和機(jī)械性能，而且希望新晶體材料容易制備，并獲得價(jià)格低廉的大尺寸高質(zhì)量的非線性光學(xué)晶體。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種KYGeS₄非線性光學(xué)晶體及其生長(zhǎng)方法與應(yīng)用。

本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

KYGeS₄非線性光學(xué)晶體，該晶體的化學(xué)式為KYGeS₄，并且所述的晶體不具有對(duì)稱中心，屬單斜晶系，空間群為P2₁，其晶胞參數(shù)為：β＝108.07(2)°。

KYGeS₄非線性光學(xué)晶體的生長(zhǎng)方法，該方法是將粉末狀KYGeS₄化合物加熱至熔化得高溫熔液，并恒溫處理24-96h，再以0.5-10℃/h的降溫速率降溫至室溫，即制得無(wú)色透明的KYGeS₄非線性光學(xué)晶體。

所述的粉末狀KYGeS₄化合物的制備方法為：將含K物質(zhì)、含Y物質(zhì)、含Ge物質(zhì)和單質(zhì)S按照摩爾比K:Y:Ge:S＝1:1:1:4的比例混合均勻后，加熱進(jìn)行固相反應(yīng)，得到化學(xué)式為KYGeS₄的化合物，經(jīng)搗碎研磨得粉末狀KYGeS₄化合物。

所述的含K物質(zhì)為鉀單質(zhì)或硫化鉀，所述的含Ge物質(zhì)為鍺單質(zhì)或二硫化鍺，所述的含Y物質(zhì)為釔單質(zhì)或三硫化二釔。

所述的加熱進(jìn)行固相反應(yīng)的步驟為：將配料研磨之后裝入石英管中，對(duì)石英管抽真空至10^-3pa并進(jìn)行熔化封裝，放入馬弗爐中，以10-50℃/h的速率升溫至800-900℃，恒溫72h，待冷卻后取出樣品；對(duì)取出的樣品重新研磨混勻再置于石英管中抽真空至10^-3pa并進(jìn)行熔化封裝，再放入馬弗爐內(nèi)升溫至800-900℃燒結(jié)72h；將樣品取出，即得到化學(xué)式為KYGeS₄的化合物。

本發(fā)明中，所述的KYGeS₄化合物可按下述化學(xué)反應(yīng)式制備：

1)K₂S+Y₂S₃+2GeS₂＝2KYGeS₄；

2)K₂S+2Y+2Ge+7S＝2KYGeS₄；