一种水硼铍石晶体的非线性光学应用制造技术

本发明专利技术提供了一种水硼铍石晶体作为非线性光学材料在制备非线性光学器件中的应用，结果表明，本发明专利技术提供的水硼铍石晶体作为非线性光学材料，它的倍频系数约为KBe2BO3F2晶体的1-2倍。它的紫外吸收边小于170纳米。它的光学双折射率约为0.08到0.10。它的最短相位匹配倍频输出波长小于175纳米，可以实现177.3纳米和193.7纳米的深紫外相干光倍频输出和266纳米的紫外相干光倍频输出。可见，水硼铍石晶体(Be2(BO3)(OH，F)

【技术实现步骤摘要】
一种水硼铍石晶体的非线性光学应用


[0001]本专利技术涉及光学材料领域，尤其涉及一种非线性光学材料水硼铍石晶体及其制备方法和用途。

技术介绍

[0002]非线性光学材料是全固态激光技术的重要元件，其可以通过频率转换的方式扩展激光输出的光谱范围，使其能够跨越从深紫外到中红外的广阅区域，在国防军事及工业生产等各个方面都具有很大的应用潜力。迄今为止，商业实用的非线性光学材料已经覆盖了从紫外到近红外(0.2-2微米)的光谱区域。但是在深紫外区域，迄今还没有商用化的晶体材料，尽管其在深紫外全固态激光技术的实际应用中十分重要。深紫外非线性光学材料可以通过多次倍频的方式，将实用激光器(比如Nd：YAG的1064纳米激光器)特定波长的激光，转化成深紫外光谱区域(小于200纳米)的谐波光。
[0003]在深紫外波段，氟代硼铍酸钾(KBe2BO3F2，KBBF)展现了很好的深紫外谐波输出能力，其通过六倍频的方式成功将实用的Nd：YAG激光器的1064纳米的近红外激光转化为177.3纳米的深紫外激光，对深紫外全固态激光技术的发展和基础科学的研究产生了巨大的推动作用。尽管目前有很多非线性光学材料被合成和发现，然而它们大都无法实现深紫外区域的相位匹配，因此无法替代KBBF晶体实现有效的深紫外倍频输出。
[0004]但是，KBBF晶体的结构是一层一层堆叠起来的，层与层之间镶嵌着孤立的阳离子K
+
，层与层之间的相互作用属于离子相互作用，没有方向性，因此层间容易出现滑移；同时，层与层之间距离较大，层间沿着垂直于层的方向相互作用较弱，因此层间结合不牢固，层状习性严重，难以生长出厚度较大的块体材料，迄今为止厚度超过4毫米且光学质量较高的晶体材料未见报道。其晶体结构见如下：
[0005]
技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术所要解决的技术问题在于提供了一种水硼铍石晶体在深紫外区域的非线性光学应用，本专利技术提供的水硼铍石晶体作为非线性光学材料，其最短相位匹配倍频输出波长小于170纳米，可以实现177.3纳米和193.7纳米的深紫外相干光倍频输出和266纳米的紫外相干光倍频输出，且倍频效应较大，输出功率有望超越KBBF。而且其层间没有孤立阳离子，层与层更加致密堆叠，且层间共价性结合更强，并存在一定的氢键相互作用，从而不易出现滑移或层内缺陷，能够呈现出更好的晶体生长性能、力学性能、以及机械加工性能。
[0007]本专利技术提供了一种水硼铍石晶体作为非线性光学材料在制备非线性光学器件中的应用。
[0008]优选的，所述水硼铍石晶体的化学组成为Be2(BO3)(OH，F)
·
(H2O)。
[0009]优选的，所述水硼铍石晶体为三方晶系。
[0010]优选的，所述水硼铍石晶体的空间群为P3，晶胞参数为优选的，所述水硼铍石晶体的空间群为P3，晶胞参数为α＝β＝90
°
，γ＝120
°
，z＝1，单胞体积为
[0011]优选的，所述非线性光学器件为激光频率转换器件。
[0012]优选的，所述激光频率转换器件为倍频器件、三倍频器件、四倍频器件、五倍频器件或六倍频器件。
[0013]优选的，所述激光频率转换器件为紫外和深紫外区的谐波发生器或紫外和深紫外区的光参量器件。
[0014]与现有技术相比，本专利技术提供了一种水硼铍石晶体作为非线性光学材料在制备非线性光学器件中的应用，可用的实验数据和系统的理论计算都表明，本专利技术提供的水硼铍石晶体作为非线性光学材料在制备非线性光学器件的应用中，它的倍频系数约为KBBF晶体的1-2倍。它的紫外吸收边小于170纳米。它的光学双折射率大约0.08到0.10，与KBBF晶体相当。它的最短输出波长小于175纳米，可以实现177.3纳米和193.7纳米的深紫外相干光倍频输出和266纳米的紫外相干光倍频输出。可见，水硼铍石晶体具有良好的二阶非线性光学效应，可作为良好的深紫外非线性光学材料和深紫外双折射材料，并能够在各种非线性光学领域中得到广泛应用，尤其是在紫外和深紫外波段的非线性光学应用。同时，水硼铍石晶体具有更好的晶体生长和力热加工性能，在实际使用中具有更好的应用价值。
附图说明
[0015]图1为本专利技术所述的水硼铍石晶体的晶体结构。
具体实施方式
[0016]本专利技术提供了一种水硼铍石晶体作为非线性光学材料在制备非线性光学器件中的应用，其中，所述水硼铍石晶体的化学式为Be2BO5H3或Be2(BO3)(OH，F)
·
(H2O)，所述水硼铍石晶体的结构为三方晶系，空间群为P3，晶胞参数为α＝β＝90
°
，γ＝120
°
，z＝1，单胞体积为具体的，所述水硼铍石晶体的晶体结构如图1所示；本专利技术对水硼铍石晶体的来源没有特殊要求，可以开采、购买或根据已有的制
[0033]对得到的水硼铍石的结构进行检测，其晶体结构属于三方晶系，空间群为P3，晶胞参数为α＝β＝90
°
，γ＝120
°
，z＝1，单胞体积为
[0034]对得到的水硼铍石的光学性能进行实验和精确的理论计算可知，它的倍频系数约为KBBF晶体的1-2倍。它的紫外吸收边小于170纳米。它的光学双折射率大约0.08到0.10。它的最短相位匹配倍频输出波长小于175纳米，可以实现177.3纳米和193.7纳米的深紫外相干光倍频输出和266纳米的紫外相干光倍频输出。
[0035]本专利技术采用的理论计算方法是基于高性能计算的第一性原理密度泛函理论方法，其在物理、化学和材料的众多性质包括光学性质的研究中具有可靠的理论基础和广泛的准确性。为了证明本专利技术所述理论计算结果的可参考性，本专利技术采用得出本专利技术所述的晶体数据的计算方法对现有已知的深紫外非线性光学晶体化合物进行计算；结果见表1，表1为KBe2BO3F2的非线性光学性质以及本专利技术所述的水硼铍石的光学性能结果。其中水硼铍石的实验数据来源于国家岩矿化石标本资源共享平台系统矿物学相关信息。
[0036]表1
[0037][0038][0039]从表1可以看出，本专利技术提供的理论计算方法得到的晶体光学性质与实验值几近一致，所以，本专利技术提供的理论计算方法得出的光学性能的数据结果是真实有效的，具有可参考性。同时由表可见，水硼铍石晶体较KBBF晶体拥有相近的晶体带隙和最短倍频输出波长，拥有更大的倍频系数和双折射率，而且其晶体生长性能要优于KBBF晶体。所以，本专利技术所述的水硼铍石晶体是一个可以媲美KBBF晶体的深紫外非线性光学材料，并可能具备更好的实用性，其作为非线性光学材料制备的非线性光学器件具有良好的性能。
[0040]以上实施例的说明只是用于帮助理解本专利技术的方法及其核心思想。应当指出，对于本
的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术原理的前提下，还可以对本专利技术进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本专利技术权利要求的保护范围内。
本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水硼铍石晶体作为非线性光学材料在制备非线性光学器件中的应用。2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述水硼铍石晶体的化学组成为Be2BO5H3或Be2(BO3)(OH，F)
·
(H2O)。3.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述水硼铍石晶体为三方晶系。4.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述水硼铍石晶体的空间群为P3，晶胞参数为α＝β＝90
°<...

【专利技术属性】
技术研发人员：康雷，黄兵，林哲帅，
申请(专利权)人：康雷，
类型：发明
国别省市：