[發明專利]一種碘酸磷酸鈰二階非線性光學晶體材料及其制備與在激光頻率轉化中的應用

有效

• 申請號: 202110631456.8
• 申請日: 2021-06-07
• 公開（公告）號: CN113481600B
• 公開（公告）日: 2022-09-06
• 發明（設計）人: 張弛;林霖;吳超
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: C30B29/14
• 分類號: C30B29/14;C30B7/10;G02F1/355
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 劉燕武

本發明涉及一種碘酸磷酸鈰二階非線性光學晶體材料及其制備與在激光頻率轉化中的應用，該晶體材料的化學式為Ce(IO₃)₂(H₂PO₄)₂，分子量為683.89，屬于正交晶系，其空間群為Pna2₁，晶胞參數為α＝β＝γ＝90°，Z＝4，晶胞體積為本發明的碘酸磷酸鈰晶體材料具有優良的光學性能，在1064nm激光輻照下，粉末倍頻強度約為磷酸二氫鉀晶體的4倍，可實現相位匹配。此外，該晶體材料在可見光?紅外光區(0.4～8μm)有很寬的透過范圍，在激光頻率轉換、光電調制、激光信號全息儲存等領域具有廣泛的應用前景。

技術領域

本發明屬于光學晶體材料技術領域，涉及一種碘酸磷酸鈰二階非線性光學晶體材料及其制備與在激光頻率轉化中的應用。

背景技術

二階非線性光學晶體是一種廣泛應用于激光領域的光電功能材料，在激光頻率轉換、光電調制、激光信號全息儲存、激光通訊等方面具有重要的應用價值。目前已被實際應用的二階非線性光學材料有β-偏硼酸鋇(β-BaB₂O₄)、硼酸鋰(LiB₃O₅)、磷酸二氫鉀(KH₂PO₄)、磷酸鈦氧鉀(KTiOPO₄)、鈮酸鋰(LiNbO₃)、鈦酸鋇(BaTiO₃)、銀鎵硫(AgGaS₂)、鋅鍺磷(ZnGeP₂)等，其中應用于紅外波段的非線性光學材料因其本身性質缺陷，在實際應用中多有掣肘。紅外區域的3-5μm和8-12μm波段作為大氣傳輸窗口，適用于該波段的中紅外非線性光學材料在激光制導、紅外遙感、醫學診療、激光通訊和工業控制等民用領域有著廣闊的應用前景；同時，近期在軍事技術領域如目標追蹤定位、紅外對抗等方面對該波段激光的應用需求也快速增長。隨著紅外激光技術的廣泛應用和非線性光學器件的發展迅速，當前對紅外非線性光學材料的理化性能的要求也越來越高，目前商業化的紅外非線性光學晶體材料已不能滿足實際應用的需要。因此，研究適用于中紅外的新型非線性光學晶體材料是當前無機光學功能材料領域的一個重要方向。

磷酸鹽作為二階非線性光學晶體具有帶隙寬、穩定性高等特點，但存在倍頻效應較弱的缺點。目前尚未見到碘酸磷酸鹽作為紅外非線性光學晶體材料的文獻報道。本發明也正是基于此而提出的。

發明內容

本發明的目的就是為了提供一種碘酸磷酸鈰二階非線性光學晶體材料及其制備與在激光頻率轉化中的應用，以得到同時具有大的帶隙和強非線性光學性能的晶體材料，同時該材料具有極高的激光損傷閾值和寬的紅外透過范圍。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

本發明的技術方案之一提供了一種碘酸磷酸鈰二階非線性光學晶體材料，其化學式為Ce(IO₃)₂(H₂PO₄)₂。

進一步的，該晶體材料屬于正交晶系，其空間群為Pna2₁，晶胞參數為α＝β＝γ＝90°，Z＝4，晶胞體積為

本發明的碘酸磷酸鈰的晶體結構如下：每個Ce⁴⁺離子分別和八個氧原子配位形成[CeO₈]多面體，其中四個氧配體分別來源于四個[IO₃]基團，另外四個氧配體則來自于四個[H₂PO₄]基團。相鄰的[CeO₈]多面體之間通過[IO₃]和[H₂PO₄]基團橋接構成三維網絡結構。

本發明的技術方案之二提供了一種碘酸磷酸鈰二階非線性光學晶體材料的制備方法，先取鈰源、碘源、磷酸和水混合后，得到初始混合料，再在水熱條件下晶化，即得到目的產物。