一种含镓的非线性光学晶体材料及其合成方法与应用技术

本申请公开了一种晶体材料、其合成方法及其在非线性光学中的应用。该晶体材料具有A

【技术实现步骤摘要】
一种含镓的非线性光学晶体材料及其合成方法与应用
本申请的晶体材料属于非线性光学材料领域，具体涉及一种含镓的非线性光学晶体材料及其合成方法与应用。
技术介绍
非线性光学(NLO)晶体材料在军事和民用领域(如激光通讯，激光探测，激光治疗等)具有重要应用。经过几十年的探索和发展，氧化物如β-BaB2O4、LiB3O5、KH2PO4、KTiOPO4等NLO晶体材料已经基本上满足了可见及近红外波段激光发展的需求。然而由于氧化物材料在中远红外区存在化学键的强吸收而不能应用于这一波段。目前，已有的商用中远红外NLO材料为硫属或磷属化合物，主要有AgGaS2,AgGaSe2,ZnGeP2等，它们具有大的NLO系数及宽的红外透过范围等优点，然而存在激光损伤阈值低或双光子吸收等缺点，不能满足大功率激光发展的要求。随着光电技术的迅速发展，对高性能红外NLO材料的要求越来越迫切。因此探索合成新的兼具大NLO系数和高激光损伤阈值的红外NLO材料变得越发重要。
技术实现思路
根据本申请的一个方面，提供了一种晶体材料，该晶体材料同时具有高倍频系数和高激光损伤阈值。所述晶体材料，其特征在于，具有式I所示的化学式；A2Li2Ga3Q6X式I其中，A选自K、Rb、Cs的至少一种；Q选自S或Se；X选自Cl或Br。可选地，所述晶体材料的晶体结构属于正交晶系，Pna21空间群；所述晶体材料的晶胞参数为α＝β＝γ＝90°，Z＝2。可选地，所述晶体材料的晶胞参数为α＝β＝γ＝90°，Z＝2。<br>可选地，在1910nm激光下相位匹配时，所述晶体材料的倍频强度是AgGaS2的0.3～2.0倍。可选地，所述晶体材料在1064nm激光损伤阙值是AgGaS2的3～25倍。作为一种实施方式，所述晶体材料的化学式Cs2Li2Ga3S6Cl，属于正交晶系，Pna21空间群，晶胞参数为α＝β＝γ＝90°，Z＝2。作为一种实施方式，所述晶体材料的化学式为Rb2Li2Ga3Se6Cl，属于正交晶系，Pna21空间群，晶胞参数为α＝β＝γ＝90°，Z＝2。作为一种实施方式，所述晶体材料的化学式为K2Li2Ga3S6Br，属于正交晶系，Pna21空间群，晶胞参数为α＝β＝γ＝90°，Z＝2。作为一种实施方式，所述晶体材料的化学式为Rb2Li2Ga3Se6Br，属于正交晶系，Pna21空间群，晶胞参数为α＝β＝γ＝90°，Z＝2。作为本申请的另一方面，提供上述任一晶体材料的制备方法。所述晶体材料的方法，其特征在于，至少包括以下步骤：将含有钡源、锂源、镓源、Q源、A源和X源的原料混合，置于真空条件下，加热至700～1100℃，保温不少于1小时后，以1～5℃/h的速率降温至300～500℃，然后冷却至室温，得到所述晶体材料；其中，A选自K、Rb、Cs的至少一种；Q选自S或Se；X选自Cl或Br。可选地，所述固熔温度的上限选自750℃、800℃、850℃、900℃、930℃、950℃、1000℃、1050℃或1100℃；下限选自700℃、750℃、800℃、850℃、900℃、930℃、950℃、1000℃或1050℃。可选地，所述保温时间可为1h、2h、5h、10h、20h、30h、50h、72h、90h、96h。所述保温时间可根据晶体制备的实际情况进行选择。可选地，所述降温速率的上限选自2℃/h、3℃/h、4℃/h或5℃/h；下限选自1℃/h、2℃/h、3℃/h或4℃/h。可选地，所述降至温度的上限选自350℃、400℃、450℃或500℃；下限选自300℃、350℃、400℃或450℃。可选地，所述原料中钡源、锂源、镓源、Q源、A源和X源的摩尔比：Ba：Li：Ga：Q：A：X＝1：1～3：2～6：4～10：1～10：1～10；其中所述钡源的摩尔数以钡源中所含钡元素的摩尔数计；所述锂源的摩尔数以锂源中所含锂元素的摩尔数计；所述镓源的摩尔数以镓源中所含镓元素的摩尔数计；所述Q源的摩尔数以Q源中所含Q元素的摩尔数计；所述A源的摩尔数以A源中所含A元素的摩尔数计；所述X源的摩尔数以X源中所含X元素的摩尔数计。可选地，所述原料中钡源、锂源、镓源、Q源、A源和X源的摩尔比：Ba：Li：Ga：Q：A：X＝1：1～3：2～5：4～9：1～10：1～10。可选地，所述原料中钡源、锂源、镓源、Q源、A源和X源的摩尔比：Ba：Li：Ga：Q：A：X＝1：2～3：3～5：7～9：1～10：1～10。可选地，所述原料中，钡源选自Ba单质中的至少一种；锂源选自Li单质、Li2Q、LiX中的至少一种；镓源选自Ga单质、Ga2Q3中的至少一种；Q源选自Q单质、Li2Q、Ga2Q3、A2Q中的至少一种；A源选自AX、A2Q中的至少一种；X源选自AX、LiX中的至少一种；进一步优选地，所述原料中，钡源为Ba单质，锂源为Li单质，镓源为Ga单质，Q源为S单质和/或Se单质；A源和X源为AX。其中，AX作为反应助熔剂，量范围选择性较大，可在所需要的范围内根据实际情况添加。可选地，所述原料中钡单质、锂单质、镓单质、Q单质、AX的摩尔比为：Ba：Li：Ga：Q：AX＝1：1～3：2～6：4～10：1～10。可选地，所述原料中钡单质、锂单质、镓单质、Q单质、AX的摩尔比为：Ba：Li：Ga：Q：AX＝1：1～3：2～5：4～9：1～10。可选地，所述原料中钡单质、锂单质、镓单质、Q单质、AX的摩尔比为：Ba：Li：Ga：Q：AX＝1：2～3：3～5：7～9：1～10。可选地，所述真空条件为10-2～10-1Pa。根据本申请的又一方面，提供一种红外非线性光学晶体材料，其特征在于，含有所述晶体材料或根据所述方法制备得到的晶体材料。作为一种实施方式，本申请提供了A2Li2Ga3Q6X晶体作为红外非线性光学晶体材料的应用。在1910nm激光下实现相位匹配时倍频信号强度是商用AgGaS2的0.3-2.0倍，1064nm激光损伤阈值是AgGaS2的3-25倍，性能有很大的提高，在红外非线性光学领域有潜在的应用价值。本申请能产生的有益效果包括：本申请提供了一种新型的晶体材料。该晶体材料具有优秀的红外非线性光学性能，在1910nm激光下实现相位匹配时，倍频信号强度是商用AgGaS2的0.3-2.0倍，1064nm激光损伤阈值是AgGaS2的3-25倍，性能有很大的提高，是潜在的红外非线性光学材料。附图说明图1为该光学晶体材料的晶体结构示意图。图2是样品1#的实验和理论拟合粉末XRD衍射谱图。图3是样品2#的实验和理论拟合粉末XRD衍射谱图。图4是样品3#的实验和理论拟合粉末XRD衍射谱图。图5是样品4#的实验和理论拟合粉末XRD衍射谱图。<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种晶体材料，其特征在于，具有式I所示的化学式；/nA

【技术特征摘要】
20190930 CN 20191094375961.一种晶体材料，其特征在于，具有式I所示的化学式；
A2Li2Ga3Q6X式I
其中，A选自K、Rb、Cs的至少一种；Q选自S或Se；X选自Cl或Br。


2.根据权利要求1所述的晶体材料，其特征在于，所述晶体材料的晶体结构属于正交晶系，Pna21空间群；
所述晶体材料的晶胞参数为α＝β＝γ＝90°，Z＝2；
优选地，所述晶体材料的晶胞参数为α＝β＝γ＝90°，Z＝2。


3.根据权利要求1所述的晶体材料，其特征在于，所述晶体材料在1910nm激光下相位匹配时的倍频强度是AgGaS2的0.3～2.0倍。


4.根据权利要求1所述的晶体材料，其特征在于，所述晶体材料在1064nm激光的损伤阙值是AgGaS2的3～25倍。


5.根据权利要求1所述的晶体材料，其特征在于，所述晶体材料是化学式为式I-1的晶体材料、化学式为式I-2的晶体材料、化学式为式I-3的晶体材料、化学式为式I-4的晶体材料中的一种；
Cs2Li2Ga3S6Cl式I-1
化学式为式I-1的晶体材料，属于正交晶系，Pna21空间群，晶胞参数为α＝β＝γ＝90°，Z＝2；
Rb2Li2Ga3Se6Cl式I-2
化学式为式I-2的晶体材料，属于正交晶系，Pna21空间群，晶胞参数为α＝β＝γ＝90°，Z＝2；
K2Li2Ga3S6Br式I-3
化学式为式I-3的晶体材料，属于正交晶系，Pna21空间群，晶胞参数为α＝β＝γ＝90°，Z＝2；
Rb2Li2Ga3Se6Br式I-4
化学式为式I-4的晶体材料，属于正交晶系，Pna21空间群，晶胞参数为α＝β＝γ＝90°，Z＝2。


6.制备权利要求1至5任一项所述晶体材料的方法，其特征在于，至...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘彬文，郭国聪，姜小明，徐忠宁，曾卉一，
申请(专利权)人：中国科学院福建物质结构研究所，
类型：发明
国别省市：福建;35