本发明专利技术的Ｍｇ↓［ｘ］Ｚｎ↓［３－ｘ］ＢＰＯ↓［７］，０＜ｘ＜３非线性光学晶体，不具有对称中心，属正交晶系，空间群Ｉｍｍ２，在２００～２５００ｎｍ波长范围内透明，莫氏硬度５．０；晶体的制法为：将含Ｍｇ、Ｚｎ、Ｂ和Ｐ的化合物按摩尔比ｘ∶３－ｘ∶１∶１配料，研磨混匀后，经预烧和烧结后，在坩埚中加热到熔化，并在高于熔点温度下保温１～２０小时，再降温至高于熔点１～５℃的温度，制成熔体，采用顶部籽晶法、提拉法或坩埚移动法在熔体中快速生长硼磷酸镁锌非线性光学晶体；该晶体可用于制作非线性光学器件。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种非线性光学晶体及其制备方法和用途，特别涉及一种硼磷酸镁锌非线性光学晶体及其制备方法和用途。在现代激光技术中，频率转换晶体由于能有效拓宽激光的波长范围而备受关注。利用晶体的倍频效应、混频效应和可调谐光参量振荡效应，可以制成二次谐波发生器，上、下频率转换器，光参量振荡器等非线性光学器件。激光器产生的激光可通过非线性光学器件进行频率转换，从而获得更多有用波长的激光，这是获得新激光光源的重要手段。全固化蓝绿光激光系统可以由固体激光器产生近红外激光再经非线性光学晶体进行频率转换来实现，在激光
拥有巨大的应用前景。倍频效应是最重要的非线性光学效应。一束频率为ω的基频光波通过一块非线性光学晶体后产生一束频率为2ω的倍频光波称为倍频效应。用作激光倍频的晶体必须要能够实现相位匹配，在满足相位匹配条件时，晶体的倍频转换效率才能达到最大值。通常可用角度相位匹配法来实现相位匹配，即选择晶体的某一特定方向，在该方向上基频光与倍频光的折射率相等，激光沿这个方向传播便能满足相位匹配条件。对于单轴晶体，相位匹配与θ角有关，θ角是晶体的光轴和入射光方向之间的夹角；对于双轴晶体，相位匹配由θ、角共同决定，角是入射光方向方位角。目前应用于蓝绿光波段变频的主要非线性光学材料有KTP(KTiOPO4)晶体(参见美国杂志《Journal of Applied Physics》，Vol.47，4980，1976)，《中国科学》B，Vol.(28)，235，1985中介绍的BBO(β-BaB2O4)晶体和在《中国专利技术专利》88102084号中公开的LBO(LiB3O5)晶体。这些材料在晶体生长上有不足之处由于KTP和LBO是非同成份熔融化合物，而BBO在熔点下具有相变，它们都须使用助熔剂法来生长，生长速度慢，不易获得大尺寸晶体，成本高，影响了全固化蓝绿光激光器的大规模应用。因而近年来，在发展新型非线性光学晶体时，不仅注重晶体的光学性能和机械性能，而且越来越重视晶体的制备特性，希望新晶体材料容易制备，最好是能使用熔体法生长单晶，从而可以获得价格低廉的大尺寸高质量的非线性光学晶体。熔体法生长技术有多种，例如提拉法，坩埚移动法，顶部籽晶法等等，其技术原理已有许多论著。德国的Z.Kristallogr.杂志(Vol.160，135-137，1982)报道了低温相硼磷酸锌α-Zn3BPO7和低温相硼磷酸镁α-Mg3BPO7的存在，α-Zn3BPO7属正交晶系，空间群为Imm2，晶胞参数为a＝8.438(5)，b＝4.884(5)，c＝12.746(5)；α-Mg3BPO7也属于正交晶系，空间群为Imm2，晶胞参数为a＝8.497(5)，b＝4.880(5)，c＝12.558(5)。这两种化合物都存在相变，它们的晶体生长都有困难。本专利技术的目的在于提供一种化学式为MgxZn3-xBPO7，0＜x＜3的硼磷酸镁锌非线性光学晶体以及提供一种无需使用助熔剂，操作简单的制备硼磷酸镁锌非线性光学晶体的方法和硼磷酸镁锌非线性光学晶体的用途。本专利技术实施方案如下本专利技术提供的硼磷酸镁锌非线性光学晶体，其特征在于，该晶体由化学式MgxZn3-xBPO7表述，其中0＜x＜3；不具有对称中心，为双轴晶体，属正交晶系，空间群为Imm2，在200～2500nm波长范围内透明，莫氏硬度为5.0。本专利技术提供的硼磷酸镁锌非线性光学晶体的制备方法，其工艺步骤如下a.制备熔体将含Mg、Zn、B和P的化合物按摩尔比为x∶3-x∶1∶1的配比进行配料，研磨混合均匀，经预烧和烧结后，在坩埚中加热到熔化，再降温至高于熔点1～5℃的温度，制成熔体，待用；b.使用熔体法在熔体中快速生长晶体所述的熔体法包括顶部籽晶法、提拉法和坩埚移动法；所述顶部籽晶法生长晶体的步骤为将籽晶固定在籽晶杆上，从顶部下籽晶与上述步骤a在坩埚内制备的熔体表面接触，以0.1～80rpm的转速旋转籽晶和/或坩埚，以0.1～5℃/天的速率降温生长；生长完成后，使晶体脱离熔体液面，以10～100℃/小时的速率退火，然后停止加热，随炉冷却，即制得本专利技术的硼磷酸镁锌非线性光学晶体；所述提拉法生长晶体的步骤为将籽晶固定在籽晶杆上，从顶部下籽晶与上述步骤a在坩内制备的熔体表面接触，以0.1～80rpm的转速旋转籽晶和/或坩埚，以0.01～5mm/小时的速度向上提拉晶体；生长完毕后，使晶体脱离熔体液面，以10～100℃/小时的速率退火，然后停止加热，随炉冷却到室温，即制得硼磷酸镁锌非线性光学晶体；所述坩埚移动法生长晶体的步骤为以0.01～8mm/小时的速度移动坩埚或加热器或缓慢对结晶炉降温，使熔体通过一个温度梯度区凝固而生成硼磷酸镁锌非线性光学晶体，所述的加热器为电阻丝加热器、硅碳棒加热器或硅钼棒加热器；所述的坩埚为底部带圆锥形尖角的圆柱型或舟型的坩埚，所述的移动为水平移动或垂直移动；原则上，现有熔体生长技术都可以用来制备本专利技术的硼磷酸镁锌晶体非线性光学晶体，采用大尺寸坩埚时可获得相应较大尺寸的硼磷酸镁锌晶体非线性光学晶体。其中，所述的含Mg的化合物原料包括含镁的相应氧化物、氢氧化物、氯化物、碳酸盐、硝酸盐、硫酸盐、乙酸盐或草酸盐；所述的含Zn的化合物原料包括含锌的相应的氧化物、氢氧化物、氯化物、碳酸盐、硝酸盐、硫酸盐、乙酸盐或草酸盐；所述的含B的化合物原料包括H3BO3或B2O3；所述的含P的化合物原料包括P2O5、NH4H2PO4或(NH4)2HPO4。晶体光学加工方法如下根据晶体的结晶学数据，将晶体毛坯定向，按所需的相位匹配角θ和、厚度和截面尺寸切割晶体，将晶体通光面抛光，即可作为非线性光学器件使用。相位匹配角θ和的选择取决于硼磷酸镁锌晶体非线性光学晶体的x值。关于双轴晶体相位匹配角θ和的详细情况参见美国杂志《Journalof Applied Physics》，Vol.38，4365，1973。上述非线性光学晶体的光学加工方法是本领域技术人员所熟悉的内容。本专利技术所提供的晶体对光学加工精度无特殊要求。本专利技术提供的硼磷酸镁锌晶体非线性光学晶体的用途是用于制作非线性光学器件，该器件是包含将至少一束入射电磁辐射通过至少一块该硼磷酸镁锌非线性光学晶体后产生至少一束频率不同于入射电磁辐射的输出辐射的装置。本专利技术提供的化学式为MgxZn3-xBPO7，0＜x＜3的硼磷酸镁锌非线性光学晶体的制备方法与现有应用于蓝绿光波段变频的非线性光学晶体KTP，BBO，LBO制备技术相比较，由于该硼磷酸镁锌适合使用熔体法生长单晶，一般熔体生长方法都可以使用，并且本专利技术硼磷酸镁锌的熔体粘度比一般的硼酸盐低，利于质量传输，晶体容易长大且透明无包裹，具有不需要使用助熔剂，操作简单，生长速度快，成本低，容易获得较大尺寸晶体等优点；BBO、LBO、KTP等晶体生长周期长达1个月以至数月，而本专利技术的硼磷酸镁锌晶体生长周期仅需几天；与现有技术中常用的BBO、LBO、KTP等非线性光学晶体比较，本硼磷酸镁锌非线性光学晶体具有更好的晶体制备特性，能使用熔体法生长单晶，获得价格低廉的大尺寸高质量非线性光学晶体，而且该晶体具有机械性能好，不易碎裂，不潮解，易于加工和保存等优点。下面结合附图及实施例进一步描述本专利技术附附图说明图1是本发本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种硼磷酸镁锌非线性光学晶体，其特征在于，该硼磷酸镁锌非线性光学晶体由化学式Ｍｇ↓［ｘ］Ｚｎ↓［３－ｘ］ＢＰＯ↓［７］表述，其中０＜ｘ＜３，不具有对称中心，属正交晶系，空间群为Ｉｍｍ２，在２００～２５００ｎｍ波长范围内透明，莫氏硬度为５．０。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
【专利技术属性】
技术研发人员：吴以成，王国富，傅佩珍，陈创天，
申请(专利权)人：中国科学院理化技术研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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