[發明專利]方硼石晶體、其制備方法和用途

有效

• 申請號: 201810196575.3
• 申請日: 2018-03-09
• 公開（公告）號: CN108950687B
• 公開（公告）日: 2020-08-28
• 發明（設計）人: 龍西法;王祖建
• 申請（專利權）人: 中國科學院福建物質結構研究所
• 主分類號: C30B29/10
• 分類號: C30B29/10;C30B9/12;G02F1/355
• 代理公司: 北京知元同創知識產權代理事務所(普通合伙) 11535
• 代理人: 劉元霞

本發明公開了方硼石晶體、其制備方法和用途，屬于晶體材料領域。該方硼石晶體的化學式為Mg₃B₇O₁₃Cl，其具有正交結構，空間群為正交晶系Pca2₁，點群為mm2，晶胞參數：該晶體的紫外吸收邊為155nm，且同時具有鐵電性和非線性效應；該晶體物理化學性質穩定、易于加工和保存，可用于制作多種光學器件。

技術領域

本發明屬于晶體材料領域，涉及一種具有深紫外非線性和鐵電性的光電信息功能晶體，具體涉及一種方硼石晶體、其制備方法和用途。

背景技術

非線性光學晶體材料在激光科學和技術領域具有重要的作用。自1961年在石英晶體中首次發現倍頻效應以來，人們發現了許多新型非線性光學晶體，如β-BaB₂O₄(BBO)、LiB₃O₅(LBO)、CsB₃O₅(CBO)、CsLiB₆O₁₀(CLBO)、YCa₄O(BO₃)₃(YCOB)、KBe₂BO₃F₂(KBBF)、RbBe₂O₃F₂(RBBF)等，實現了紫外-紅外波段非線性光學晶體的商業化，而深紫外非線性光學晶體的開發任務仍然十分艱巨。盡管已經發現了許多紫外吸收邊200nm以下的新型非線性光學晶體，由于其雙折率不適中(Δn為～0.06-0.10)，相位不匹配，無法實現深紫外激光輸出。目前，僅KBBF能夠直接通過二倍頻實現200nm以下的深紫外激光輸出。然而，由于KBBF的層狀生長習性及層與層之間弱的作用力，難以得到可實用化的大尺寸晶體。同時，由于鈹元素的毒性，對研究人員和環境都將帶來負面影響，也不利于進行深入的開發研究。因此，迫切需要開發環境友好的新型深紫外非線性光學晶體。而優良的深紫外非線性光學晶體不僅需要具有短的紫外吸收邊、適中的雙折率，還需要具備大的非線性系數(0.39pm/V)。但是，從結構角度分析，晶體的紫外吸收邊和非線性系數通常是矛盾的，通過結構設計、優化得到性能優異的深紫外非線性光學晶體極其困難。

發明內容

本發明提供一種方硼石晶體，該晶體的化學式為Mg₃B₇O₁₃Cl，所述晶體室溫下為正交結構，空間群為Pca2₁，其晶胞參數為α＝β＝γ＝90°。

優選地，所述晶體具有基本上如圖1a所示的X-射線晶體衍射圖譜。

優選地，所述晶體具有基本上如圖2a所示的電滯回線譜圖和/或圖2b所示的介電溫譜。優選地，所述晶體的矯頑電場為41.5kV/cm，剩余極化強度為0.25μC/cm²。

優選地，所述晶體具有基本上如圖3a所示的粉末倍頻效應圖譜和/或圖3b所示的透過光譜。優選地，所述晶體的鐵電-順電相變溫度(居里溫度)為258℃。

根據本發明示例性的實施方案，所述方硼石晶體的紫外吸收邊為155nm。

根據本發明示例性的實施方案，所述方硼石晶體在100～200μm晶粒尺寸下其二階非線性光學系數約為KDP(磷酸二氫鉀晶體)的1/6。

根據本發明，所述方硼石晶體為無色透明晶體。

本發明還提供方硼石晶體的制備方法，該方法包括由預燒的方硼石和助熔劑通過熔鹽法生長得到方硼石晶體。

根據本發明，所述方法包括以下步驟：

(1)制備預燒的方硼石；

(2)將預燒的方硼石和助熔劑混合，在熔鹽爐內經升溫、熔融、保溫、降溫后，得到方硼石晶體。