一种K2ZnGe3S8非线性光学晶体及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种K2ZnGe3S8非线性光学晶体及其制备方法和应用；K2ZnGe3S8非线性光学晶体采用高温熔体自发结晶法或坩埚下降法生长；在该K2ZnGe3S8非线性光学晶体的生长中，晶体具有生长速度较快、成本低、容易获得较大尺寸晶体等优点；所得K2ZnGe3S8非线性光学晶体具有非线性光学效应大、透光波段宽，硬度较大，机械性能好，易于加工等优点；该K2ZnGe3S8非线性光学晶体可用于制作非线性光学器件。

A K2ZnGe3S8 Nonlinear Optical Crystal and Its Preparation and Application

The invention discloses a K2ZnGe3S8 non-linear optical crystal and its preparation method and application; K2ZnGe3S8 non-linear optical crystal is grown by high temperature melt spontaneous crystallization or crucible descent method; in the growth of the K2ZnGe3S8 non-linear optical crystal, the crystal has the advantages of fast growth speed, low cost, easy access to larger size crystals, etc. The K2ZnGe3S8 non-linear optical crystal has the advantages of large non-linear optical effect, wide transmission band, high hardness, good mechanical properties and easy processing. The K2ZnGe3S8 non-linear optical crystal can be used to fabricate non-linear optical devices.

【技术实现步骤摘要】
一种K2ZnGe3S8非线性光学晶体及其制备方法和应用
本专利技术涉及一种K2ZnGe3S8的非线性光学晶体(K2ZnGe3S8单晶)及该K2ZnGe3S8单晶的制备方法和该K2ZnGe3S8单晶用于制作的非线性光学器件的用途。
技术介绍
具有非线性光学效应的晶体称为非线性光学晶体。这里非线性光学效应是指倍频、和频、差频、参量放大等效应。只有不具有对称中心的晶体才可能有非线性光学效应。利用晶体的非线性光学效应，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，使激光器得到更广泛的应用。根据材料应用波段的不同，可以分为紫外光区、可见和近红外光区、以及中红外光区非线性光学材料三大类。可见光区和紫外光区的非线性光学晶体材料已经能满足实际应用的要求；如在二倍频(532nm)晶体中实用的主要有KTP(KTiOPO4)、BBO(β-SnB2O4)、LBO(LiB3O5)晶体；在三倍频(355nm)晶体中实用的有BBO、LBO、CBO(CsB3O5)可供选择。而红外波段的非线性晶体发展比较慢；红外光区的材料大多是ABC2型的黄铜矿结构半导体材料，如AgGaQ2(Q＝S,Se)红外非线性晶体的光损伤阈值太低和晶体生长困难，直接影响了实际使用。中红外波段非线性光学晶体在光电子领域有着重要的应用，例如它可以通过光参量振荡或光参量放大等手段将近红外波段的激光(如1.064μm)延伸到中红外区；也可以对重要激光(如CO2激光，10.6μm)进行倍频，这对于获得波长连续可调的激光具有重要意义。因此寻找优良性能的新型红外非线性光学晶体材料已成为当前非线性光学材料研究领域的难点和前沿方向之一。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种K2ZnGe3S8非线性光学晶体。所得K2ZnGe3S8非线性光学晶体具有非线性光学效应大、透光波段宽，硬度较大，机械性能好，易于加工等优点；该K2ZnGe3S8非线性光学晶体可用于制作非线性光学器件。本专利技术另一目的在于提供K2ZnGe3S8非线性光学晶体的制备方法。本专利技术再一目的在于提供K2ZnGe3S8非线性光学晶体在非线性光学器件制备中的应用。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下:一种K2ZnGe3S8非线性光学晶体，该K2ZnGe3S8非线性光学晶体不具备有对称中心，属单斜晶系，空间群为P21，其晶胞参数为：α＝γ＝90°，β＝96.20°，Z＝12。本专利技术提供的K2ZnGe3S8非线性光学晶体的制备方法，所述制备方法为：采用高温熔体自发结晶法或坩埚下降法生长K2ZnGe3S8非线性光学晶体。具体地，高温熔体自发结晶法生长K2ZnGe3S8非线性光学晶体，包括如下步骤：将具有组成等同于K2ZnGe3S8的混合物或粉末状K2ZnGe3S8化合物加热至熔化得高温熔液并保持24-96小时后，以1-10℃/小时的降温速率降温至室温，得到无色透明的K2ZnGe3S8晶体。本专利技术提供的K2ZnGe3S8非线性光学晶体的另一制备方法，其为坩埚下降法生长K2ZnGe3S8非线性光学晶体，包括如下步骤：将具有组成等同于K2ZnGe3S8的混合物或粉末状K2ZnGe3S8化合物放入晶体生长装置中，缓慢升温至原料熔化，待原料完全熔化后，晶体生长装置以0.1-10mm/h的速度垂直下降，在晶体生长装置下降过程中进行K2ZnGe3S8非线性光学晶体生长，其生长周期为5-20天。本专利技术中，组成等同于K2ZnGe3S8的混合物为将K源材料、Zn源材料、Ge源材料和S单质按照摩尔比K:Zn:Ge:S＝2：1：3：8的比例混合得到。所述K源材料为K或K2S或K2S3；所述Zn源材料为Zn或ZnS；所述Ge源材料为Ge或GeS或GeS2。本专利技术中，所述粉末状K2ZnGe3S8化合物的制备如下：将K源材料、Zn源材料、Ge源材料和单质S按照摩尔比K:Zn:Ge:S＝2：1：3：8的比例混合均匀后，加热至800-1150℃进行固相反应(原则上，采用一般化学合成方法都可以制备K2ZnGe3S8化合物；本专利技术优选固相反应法)，得到化学式为K2ZnGe3S8的化合物，经捣碎研磨得粉末状K2ZnGe3S8的化合物；所述K源材料为K或K2S或K2S3；所述Zn源材料为Zn或ZnS；所述Ge源材料为Ge或GeS或GeS2。所述K2ZnGe3S8化合物可按下述化学反应式制备：(1)2K+Zn+3Ge+8S＝K2ZnGe3S8；(2)K2S+Zn+3Ge+7S＝K2ZnGe3S8；(3)K2S3+Zn+3Ge+5S＝K2ZnGe3S8；(4)2K+ZnS+3Ge+7S＝K2ZnGe3S8；(5)K2S+ZnS+3Ge+6S＝K2ZnGe3S8；(6)K2S3+ZnS+3Ge+4S＝K2ZnGe3S8；(7)2K+Zn+3GeS+5S＝K2ZnGe3S8；(8)2K+Zn+3GeS2+2S＝K2ZnGe3S8；(9)K2S+Zn+3GeS+4S＝K2ZnGe3S8；(10)K2S3+Zn+3GeS+2S＝K2ZnGe3S8；(11)K2S+Zn+3GeS2+S＝K2ZnGe3S8；(12)2K+ZnS+3GeS+4S＝K2ZnGe3S8；(13)K2S+ZnS+3GeS+3S＝K2ZnGe3S8；(14)K2S3+ZnS+3GeS+S＝K2ZnGe3S8；(15)2K+ZnS+3GeS2+S＝K2ZnGe3S8；(16)K2S+ZnS+3GeS2＝K2ZnGe3S8；本专利技术采用上述两种方法均可获得尺寸为厘米级的K2ZnGe3S8非线性光学晶体；使用大尺寸坩埚，并延长生长期，则可获得相应较大尺寸K2ZnGe3S8非线性光学晶体。根据晶体的结晶学数据，将晶体毛坯定向，按所需角度、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，该K2ZnGe3S8非线性光学晶体具有非线性光学效应大、透光范围宽、物理化学性能稳定，硬度较大，机械性能好，不易碎裂，不易潮解，易于加工和保存等优点；所以本专利技术还进一步提供K2ZnGe3S8非线性光学晶体在非线性光学器件制备中的应用，将该K2ZnGe3S8非线性光学晶体用于制备非线性光学器件，该非线性光学器件包含将至少一束入射电磁辐射通过至少一块该K2ZnGe3S8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。本专利技术具有如下技术效果：在该K2ZnGe3S8非线性光学晶体的生长中晶体易长大且透明无包裹，具有生长速度较快，成本低，容易获得较大尺寸晶体等优点；所获得的K2ZnGe3S8非线性光学晶体具有比较非线性光学效应大、透光波段宽，硬度较大、机械性能好、不易碎裂和潮解、易于加工和保存等优点；该K2ZnGe3S8非线性光学晶体可用于制作非线性光学器件。附图说明图1是采用本专利技术K2ZnGe3S8非线性光学晶体制成的一种典型的非线性光学器件的工作原理图；其中1是激光器，2是入射激光束，3是经晶体后处理及光学加工后的K2ZnGe3S8非线性光学晶体，4是所产生的出射激光束，5是滤波片。图2是K2ZnGe3S8非线性光学晶体的结构示意图。具体实施方式本说明书中公开得任一特征，除非特别叙述，均可被其本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种K2ZnGe3S8非线性光学晶体，其特征在于，所述K2ZnGe3S8非线性光学晶体不具备有对称中心，属单斜晶系，空间群为P21，其晶胞参数为：

【技术特征摘要】
1.一种K2ZnGe3S8非线性光学晶体，其特征在于，所述K2ZnGe3S8非线性光学晶体不具备有对称中心，属单斜晶系，空间群为P21，其晶胞参数为：α＝γ＝90°，β＝96.20°，Z＝12。2.权利要求1所述K2ZnGe3S8非线性光学晶体的制备方法，所述制备方法为：采用高温熔体自发结晶法或坩埚下降法生长K2ZnGe3S8非线性光学晶体。3.根据权利要求2所述K2ZnGe3S8非线性光学晶体的制备方法，其特征在于，高温熔体自发结晶法生长K2ZnGe3S8非线性光学晶体，包括如下步骤：将具有组成等同于K2ZnGe3S8的混合物或粉末状K2ZnGe3S8化合物加热至熔化得高温熔液并保持24-96小时后，以1-10℃/小时的降温速率降温至室温，得到K2ZnGe3S8非线性光学晶体；组成等同于K2ZnGe3S8的混合物为将K源材料、Zn源材料、Ge源材料和S单质按照摩尔比K:Zn:Ge:S＝2：1：3：8的比例混合得到。4.根据权利要求3所述K2ZnGe3S8非线性光学晶体的制备方法，其特征在于，所述K源材料为K或K2S或K2S3；所述Zn源材料为Zn或ZnS；所述Ge源材料为Ge或GeS或GeS2。5.根据权利要求2所述K2ZnGe3S8非线性光学晶体的制备方法，其特征在于，坩埚下降法生长K2ZnGe3S8非线性光学晶体，包括如下步骤：将具有组成等同于K2ZnGe3S8的混合物或粉末状K2ZnGe3S8化合物放入晶体生长装置中，缓...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚吉勇，罗晓宇，李壮，郭扬武，
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：北京,11