[發明專利]硼硫化鋇中遠紅外非線性光學晶體及制備方法和應用

有效

• 申請號: 201810618675.0
• 申請日: 2018-06-15
• 公開（公告）號: CN108588840B
• 公開（公告）日: 2020-12-11
• 發明（設計）人: 潘世烈;李廣卯;武奎;李昊;楊志華
• 申請（專利權）人: 中國科學院新疆理化技術研究所
• 主分類號: C30B29/46
• 分類號: C30B29/46;C30B13/00;C01B35/14
• 代理公司: 烏魯木齊中科新興專利事務所(普通合伙) 65106
• 代理人: 張莉

本發明涉及一種硼硫化鋇中遠紅外非線性光學晶體及制備方法和應用，該晶體的化學式為BaB₂S₄，分子量為287.20，非中心對稱結構單晶，晶系為正交晶系，空間群為Cc，晶胞參數a=6.665(3)?，b=15.727(6)?，c=6.039(2)?，β=110.987(4)°，Z=4，單胞體積V=591.0(4)?³。采用將硫化鋇或單質鋇，單質硼，單質硫在真空條件下進行固相反應法和高溫熔融法制備粉末純樣和單晶；通過本發明所述方法獲得的硼硫化鋇中遠紅外非線性光學晶體的純樣XRD圖與理論值吻合；在2090nm的激光下，倍頻效應是AgGaS₂的0.7倍；獲得毫米級晶體。

技術領域

本發明涉及一種硼硫化鋇中遠紅外非線性光學晶體及制備方法和應用，屬于紅外非線性光學晶體材料領域。

背景技術

非線性光學晶體材料，根據其透過波段的范圍可將其分為三大類：一、紫外及深紫外波段非線性光學材料；二、可見光及近紅外波段非線性光學材料；三、紅外及中遠紅外非線性光學材料。本發明的工作屬于可見光及中遠紅外非線性光學材料。該波段的非線性光學晶體彩料具有廣泛的用途，如在激光變頻器見、紅外激光雷達、激光通訊、紅外濾光器件、光電對抗等方面的應用。

到目前為止，3-20μm固態中遠紅外波段激光的產生主要基于非線性光學原理及紅外非線性光學晶體變頻技術而得。紅外非線性光學晶體市場上，常見的紅外非線性光學晶體主要有AgGaS₂，AgGaSe₂，CdGeP₂等。盡管這些晶體都已在民用生產生活高科技領域和軍事裝備中得到作用，但是這些晶體材料也有自身的缺點，且在綜合性能上還無法達到人們理想的要求，隨著技術的發展與要求的提高，對性能更加優異的紅外非線性晶體的需求更加緊迫，因此對于新型中遠紅外非線性晶體的探索，在民用高科技產業和提升軍事裝備方面都具有重要的戰略意義，而且晶體材料合成與生長是該方向的一種巨大挑戰。

發明內容

本發明目的在于，提供一種硼硫化鋇中遠紅外非線性光學晶體及制備方法和應用，該晶體的化學式為BaB₂S₄，分子量為287.20，非中心對稱結構單晶體，晶系為正交晶系，空間群為Cc，晶胞參數β＝110.987(4)°，Z＝4，單胞體積采用將硫化鋇或單質鋇，單質硼，單質硫在真空條件下進行固相反應，得到硼硫化鋇紅外非線性光學晶體；本發明中所述的硼硫化鋇中遠紅外非線性光學晶體的純樣XRD圖與理論值吻合；在2090nm的激光照射下，顆粒度為200-250μm的BaB₂S₄倍頻效應是商業化的硫鎵銀(AgGaS₂)的0.7倍，且具有一類相位匹配性質。

本發明所述的一種硼硫化鋇中遠紅外非線性光學晶體，該晶體的化學式為BaB₂S₄，分子量為287.20，非中心對稱結構單晶體，晶系為正交晶系，空間群為Cc，晶胞參數β＝110.987(4)°，Z＝4，單胞體積

所述的硼硫化鋇中遠紅外非線性光學晶體的制備方法，按下列步驟進行：

a、在含水量和含氧氣量均為0.01-0.1ppm的充有惰性氣體為氮氣的密閉容器內按摩爾比1:2-4:3-6稱取硫化鋇或單質鋇，單質硼，單質硫混合均勻，放入干凈的石墨坩堝中，然后裝入內表面渡碳的石英玻璃管中，將石英管在真空度為10^-5-10^-3Pa抽真空后封口；

b、將步驟a中的封好的石英管放入高溫爐中，以升溫速率為35-40℃/h升至900-950℃，保溫，保溫時間為15-20h，然后降至室溫，時間100-150h；

c、再以3-5℃/h的速率冷卻降溫，得到硼硫化鋇BaB₂S₄中遠紅外非線性光學晶體。