一种非线性光学晶体及其制备方法和应用技术

一种非线性光学晶体及其制备方法和应用，化学式为BiI3·H2O，分子量为608，属正交晶系，空间群为Ama2，单胞参数为：a=8.6301(13)Å，b=9.3481(13)Å，c=11.4923(17)Å，α=β=γ=90

A Nonlinear Optical Crystal and Its Preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
一种非线性光学晶体及其制备方法和应用
本专利技术涉及无机化学材料
，具体是一种非线性光学晶体及其制备方法和应用。
技术介绍
非线性光学晶体，具有倍频效应(SHG)，在激光频率转换、电光调制、光折变信息处理等高科技领域有着重要应用价值。非线性光学材料在现代科学技术中，特别是许多军事和民用高科技领域中，例如潜艇深水通讯、激光致盲武器、海洋鱼群探测、光盘记录、彩色激光打印、激光投影电视、光计算和光纤通讯等，都有一系列重要应用。依据透光波段和适用范围来划分，无机非线性光学晶体材料可分为紫外光区非线性光学晶体材料、可见光区非线性光学晶体材料以及红外非线性光学晶体材料。现有的性能优良的无机非线性光学晶体材料如：BBO（β-偏硼酸钡）、LBO（硼酸锂）、KDP（磷酸二氢钾）、KTP（磷酸钛氧钾）、LN（铌酸锂）、AgGaS2、AgGaSe2和ZnGeP2等晶体，随着激光技术的发展和可调谐激光器的出现，非线性光学器件发展迅速，激光倍频、混频、参量振荡与放大；电光调制、偏转、Q开关和光折变器件等相继出现。以上的这些研究与应用，对非线性光学材料提出了更多更高的物理、化学性能的要求，也促进了非线性光学材料的迅速发展。二阶非线性光学晶体材料在结构上必须是非中心对称的。因此设计非线性光学材料的关键是如何诱导非中心对称结构的形成及如何增加化合物的极化率，这是非线性光学材料设计与合成的难点和重点。现有的技术手段往往是通过设计合成具有不对成结构单元的化合物，或者是通过多种新的不对成结构单元来构筑二阶非线性光学晶体材料，但这种技术的不足之处则在于合成出的多元化合物很难精准调控，且后续晶体生长也比较困难。因此，如何在一些简单少元的已知物的基础上，通过巧妙设计，精准调控，制备出具有强二阶非线性光学性能的简单化合物晶体材料将会是非线性光学材料领域的一个重要方向。
技术实现思路
本专利技术的目的就是针对现有技术存在的上述不足，提出一种非线性光学晶体BiI3·H2O及其制备方法和应用。为了实现上述目的，本专利技术是通过以下技术方案来实现的：本专利技术的一种非线性光学晶体，其化学式为BiI3·H2O，分子量为608，属正交晶系，空间群为Ama2，单胞参数为：a=8.6301(13)Å，b=9.3481(13)Å，c=11.4923(17)Å，α=β=γ=90°，Z=4。进一步地，本专利技术中所述非线性光学晶体在1064nm激光处的粉末倍频效应为磷酸二氢钾（KTP）的0.6倍。本专利技术的一种非线性光学晶体的制备方法，它是将摩尔比为1：3：1的KI、RbI和BiI3加至12-20mL的蒸馏水中，置于聚四氟乙烯材料的反应釜中通过水热法在160-180℃下反应3天，再在室温下降温1天，将得到的滤液在常温下挥发，一个月后即可得到块状的红色晶体，即为BiI3·H2O。优选地，本专利技术中所述聚四氟乙烯反应釜的体积为23mL。优选地，本专利技术中所述蒸馏水的用量为15mL。优选地，本专利技术中所述反应釜的反应温度为170℃。本专利技术的一种非线性光学晶体的应用。本专利技术的一水合三碘化铋BiI3·H2O是一种全新的材料，从组分上来讲，它是在已知物三碘化铋的基础上引入了结晶水，形成的新物质，从结构上来讲，则是由原来的具有中心对称结构的三碘化铋转变成不具有中心对称结构的一水合三碘化铋，正是由于结晶水巧妙的引入，导致合成出了一种新型且具有非中心对称结构的材料。本专利技术的一水合三碘化铋的结构为[BiI4]单元形成的一维锯齿链状结构，每个H2O分子位于三个[BiI4]形成的空腔中，在一个[BiI4]单元中，一个铋原子与四个碘原子成键，键长的大小在2.715(3)-2.8556(15)Å之间。其中两个长键，两个短键，所有长键都在一维锯齿链上面，短键在一维锯齿链下面。本专利技术的非线性光学晶体BiI3·H2O具有很强的可相位匹配的二阶非线性光学效应和良好的热稳定性，其制备方法具有操作简单、试验条件温和的优点，该晶体材料可以广泛地应用于光学等领域中。附图说明图1是不含结晶水的BiI3晶体的堆积图；图2是本专利技术的BiI3•H2O晶体堆积图；图3是本专利技术的BiI3•H2O粉末的紫外－可见吸收光谱；图4是本专利技术的BiI3•H2O粉末的傅立叶变换衰减全反射红外光谱；图5是本专利技术的BiI3•H2O粉末的热失重图谱；图6是本专利技术的BiI3•H2O粉末的倍频效应相位匹配图谱。具体实施方式实施例1本实施例的一种非线性光学晶体，其化学式为BiI3·H2O，分子量为608，属正交晶系，空间群为Ama2，单胞参数为：a=8.6301(13)Å，b=9.3481(13)Å，c=11.4923(17)Å，α=β=γ=90°，Z=4。本实施例的一种非线性光学晶体的制备方法，它是将摩尔比为1：3：1的KI、RbI和BiI3加至15mL的蒸馏水中，置于体积为23mL的聚四氟乙烯材料的反应釜中通过水热法在170℃下反应3天，然后在室温下降温1天，将得到的滤液在常温下挥发，一个月后即可得到块状的红色晶体，即为BiI3·H2O。将不含结晶水的BiI3晶体和本实施例制备的BiI3·H2O晶体的分子结构分别进行测试，得到图1和图2，从图1可以看出，不含结晶水的BiI3晶体是一个典型的中心对称的结构，它是由[BiI6]八面体结构单元组成的。而从图2的BiI3·H2O晶体的堆积图可以看出，它为一个非中心对称的结构，它是由[BiI4]四面体结构单元形成的一维锯齿链状结构，每个H2O分子位于三个[BiI4]形成的空腔中，一个铋原子与四个碘原子成键，键长的大小在2.715(3)-2.8556(15)Å中。其中两个长键，两个短键，所有的长键都在一维锯齿链上面，所有的短键都在一维锯齿链下面。为验证BiI3·H2O的结构，还对本实施例制备的BiI3·H2O粉末进行了紫外－可见光谱测试、傅立叶变换衰减全反射红外光谱测试和稳定性测试，分别得到图3、图4和图5。从图3中可以看出，它的紫外吸收边在0.65nm，计算的带隙大小为1.91eV。从图4的傅立叶变换衰减全反射红外光谱图中可以看出，BiI3·H2O在3300cm-1和1600cm-1有明显的吸收峰，为结晶水的吸收峰，综合紫外－可见光谱、红外光谱的结果，可以推知材料是可以在部分近、中红外以及在远红外都是可以透过的。从图5可以看出，该材料具有良好的热稳定性，它的热失重温度为350°C，这主要是因为一维H2O分子链位于三个[BiI4]形成的空腔中，而不易失去导致的。实施例2将实施例1制备的非线性光学晶体材料进行测试，其倍频性能通过Kurtz－Perry粉末倍频测试方法获得，具体操作步骤如下：将上述制备的二阶非线性光学晶体材料研磨成100-125μm的粉末，然后装在两面有玻璃窗的样品池内，之后将样品池置于激光光路上，使用Nd:YAG脉冲激光器为光源产生波长为1064nm的基频光射入样品池，以100-125μm粒径的KTP单晶粉末作为标样，信号经光电倍增管显示于示波器上。再将实施例1制备的二阶非线性光学晶体材料分别研磨并筛分成粒度范围分别为20~40μm、40~60μm、60~80μm、80~100μm、100~125μm、125~150μm、150~200μm和200~250μm的粉末，将粉末装在两面有玻璃窗的样品池内，之本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种非线性光学晶体，其特征在于：其化学式为BiI3·H2O，分子量为608，属正交晶系，空间群为Ama2，单胞参数为：a= 8.6301(13) Å，b= 9.3481(13) Å，c= 11.4923(17) Å，α=β=γ= 90

【技术特征摘要】
1.一种非线性光学晶体，其特征在于：其化学式为BiI3·H2O，分子量为608，属正交晶系，空间群为Ama2，单胞参数为：a=8.6301(13)Å，b=9.3481(13)Å，c=11.4923(17)Å，α=β=γ=90°，Z=4。2.根据权利要求1所述的一种非线性光学晶体，其特征在于：所述非线性光学晶体在1064nm激光处的粉末倍频效应为磷酸二氢钾的0.6倍。3.如权利要求1或2所述的一种非线性光学晶体的制备方法，其特征在于：它是将摩尔比为1：3：1的KI、RbI和BiI3加至12-20mL的蒸馏水中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴奇，刘贤，
申请(专利权)人：湖北师范大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42