一种硼酸钡非线性晶体材料及其制备方法和应用技术

本申请公开了一种硼酸钡非线性晶体材料，所述硼酸钡非线性晶体材料的化学式为Ba4B

【技术实现步骤摘要】
一种硼酸钡非线性晶体材料及其制备方法和应用


[0001]本申请涉及一种硼酸钡非线性晶体材料及其制备方法和应用，属于非线性晶体材料


技术介绍

[0002]非线性光学已经渗透到现代光学和激光技术的各个领域，通过频率转换、电光调制、光折变效应等手段，在全固态激光器、超快激光器、光谱仪、光存储、计算等许多科学和高科技领域发挥着越来越重要的作用。随着激光技术的快速发展，对可应用于紫外(UV)和深紫外(DUV)光区的非线性光学(NLO)晶体材料有着更大的需求和更高的要求。其中，硼酸盐获得非中心对称结构的可能性大，B和O原子电负性的巨大差异被认为是其能在较短波长区域具有高透过率的原因，并且B
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O/FFBBs中的共轭π轨道和电子的高各向异性分布有利于获得较大的二阶磁化率，可以同时具有大的二阶NLO系数和适中的双折射率，因而被认为是产生紫外和深紫外谐波的很好的候选材料。大量硼酸基NLO候选材料不断被开发出来，目前实际应用的硼酸盐非线性光学晶体包括β
‑
BaB2O4(BBO)、LiB3O5(LBO)、CsB3O5(CBO)、CsLiB6O
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(CLBO)和KBe2BO3F2(KBBF)等。但这些晶体存在生长周期长、易潮解、有严重层状生长习性等明显的缺陷和不足，很大程度上影响了它们的应用。因此，设计和合成新的紫外和深紫外非线性光学晶体仍然是一个重要而艰巨的挑战和工作。
[0003]在探索和开发新型紫外和深紫外非线性光学晶体的过程中，科研人员仍然选择具有透过光谱范围宽、激光损伤阈值高以及良好的化学和机械稳定性的硼酸盐。众所周知，没有d
‑
d电子跃迁的碱金属/碱土金属阳离子可以增大硼酸盐带隙，从而拓宽透过范围，使其吸收截止边达到深紫外光区。因此，本专利技术将碱土金属钡阳离子引入硼酸盐体系中，合成了一例可应用于紫外和深紫外的硼酸钡非线性光学晶体。

技术实现思路

[0004]根据本申请的一个方面，提供了一种硼酸钡非线性晶体材料，该硼酸钡晶体表现出强的倍频效应，其粉末SHG系数为KH2PO4(KDP)的2.4倍，且能实现相位匹配，是具有潜在应用价值的非线性光学材料。
[0005]本申请采用如下技术方案：
[0006]一种硼酸钡非线性晶体材料，所述硼酸钡非线性晶体材料的化学式为Ba4B
14
O
25
。
[0007]可选地，所述硼酸钡非线性晶体材料的晶体结构属于单斜晶系，空间群为Cm，晶胞参数为α＝γ＝90
°
，β＝118.7
°
，Z＝4。
[0008]可选地，所述硼酸钡非线性晶体材料的晶体结的晶胞参数为
[0009][0010]可选地，所述硼酸钡非线性晶体材料的晶体结的晶胞参数为
[0011][0012]可选地，所述硼酸钡非线性晶体材料的紫外吸收截止波长小于200nm。
[0013]可选地，所述硼酸钡非线性晶体材料的熔点为900℃。
[0014]可选地，所述硼酸钡非线性晶体材料在1064nm激光照射下发出中心波长为532nm的绿光。
[0015]根据本申请的另一方面，提供了一种上述硼酸钡非线性晶体材料的制备方法，
[0016]当所述硼酸钡非线性晶体材料为多晶时，包括如下步骤：
[0017]S11、将含有含钡化合物、含硼化合物的原料，研磨，加热至290～310℃反应43～52h；
[0018]S12、将步骤S11的中间产物，研磨，加热至390～410℃反应11～13h；
[0019]S13、将步骤S12的中间产物，研磨，加热至590～610℃反应11～13h；
[0020]S14、将步骤S13的中间产物，研磨，加热至730～750℃反应22～26h，得到硼酸钡非线性晶体材料；
[0021]所述步骤S11至步骤S14中，所述研磨的转速为380～420转/min，研磨的时间为0.8～1.2h。
[0022]可选地，所述步骤还包括将所述硼酸钡非线性晶体材料研磨成单相多晶粉末。
[0023]当所述硼酸钡非线性晶体材料为单晶时，包括如下步骤：
[0024]S21、将含有含钡化合物、含硼化合物、含铅化合物、含锑化合物的原料，研磨，加热至400～500℃反应35～60h；
[0025]S22、将步骤S21的中间产物，研磨，加热至800～900℃反应12～40h，缓慢降温，得到硼酸钡非线性晶体材料；
[0026]所述步骤S21和步骤S22中，所述加热的升温速率为0.5～10℃/min；
[0027]所述缓慢降温的过程包括：以0.5～3℃/h的降温速率降温至680～780℃，然后以4～15℃/h的降温速率降温至300～400℃。
[0028]可选地，所述缓慢降温后得到硼酸钡非线性晶体材料为浅灰色的透明块状单晶。
[0029]可选地，所述缓慢降温的过程中，降温速率选自0.5℃/h、0.8℃/h、1.2℃/h、2℃/h、3℃/h、4℃/h、5℃/h、6℃/h、7℃/h、8℃/h、9℃/h、10℃/h、11℃/h、12℃/h、13℃/h、14℃/h、15℃/h中的任意值，或任意两者间的范围值。
[0030]可选地，所述步骤S21和步骤S22中，所述加热的升温速率选自0.5℃/min、2℃/min、4℃/min、6℃/min、8℃/min、10℃/min中的任意值，或任意两者间的范围值。
[0031]可选地，所述缓慢降温的过程包括：以0.8～1.2℃/h的降温速率降温至680～780℃，然后以7～9℃/h的降温速率降温至340～360℃。
[0032]可选地，所述步骤S22为将步骤S1的中间产物，研磨，加热至830～850℃反应22～26h得到混合熔液，缓慢降温，得到硼酸钡非线性晶体材料；
[0033]可选地，所述含钡化合物、含硼化合物以元素计的钡和硼的摩尔比为1:(3.3～3.7)。
[0034]可选地，所述含钡化合物、含硼化合物、含铅化合物、含锑化合物以元素计的钡、硼、铅和锑的摩尔比为1：(2～4)：(0.2～0.5)：(0.25～0.45)。
[0035]可选地，所述含钡化合物、含硼化合物、含铅化合物、含锑化合物以元素计的钡、硼、铅和锑的摩尔比为1：(2.5～3)：(0.25～0.35)：(0.3～0.4)。
[0036]可选地，所述含硼化合物选自氧化硼、硼酸中的至少一种。
[0037]可选地，所述含钡化合物选自碳酸钡、氧化钡、硝酸钡、氟化钡中、氢氧化钡的至少一种。
[0038]可选地，所述含铅化合物选自氧化铅、碳酸铅、氟化铅、硝酸铅中的至少一种。
[0039]可选地，所述含锑化合物选自三氧化二锑、五氧化二锑、三氟化锑中的至少一种。
[0040]可选地，所述含硼化合物为硼酸。
[0041]可选地，所述含钡化合物为碳酸钡。
[0042]可选地，所述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硼酸钡非线性晶体材料，其特征在于，所述硼酸钡非线性晶体材料的化学式为Ba4B
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。2.根据权利要求1所述的硼酸钡非线性晶体材料，其特征在于，所述硼酸钡非线性晶体材料的晶体结构属于单斜晶系，空间群为Cm，晶胞参数为α＝γ＝90
°
，β＝118.7
°
，Z＝4；优选地，所述硼酸钡非线性晶体材料的紫外吸收截止波长小于200nm；优选地，所述硼酸钡非线性晶体材料的熔点为900℃；优选地，所述硼酸钡非线性晶体材料在1064nm激光照射下发出中心波长为532nm的绿光。3.权利要求1或2所述硼酸钡非线性晶体材料的制备方法，其特征在于，当所述硼酸钡非线性晶体材料为多晶时，包括如下步骤：S11、将含有含钡化合物、含硼化合物的原料，研磨，加热至290～310℃反应43～52h；S12、将步骤S11的中间产物，研磨，加热至390～410℃反应11～13h；S13、将步骤S12的中间产物，研磨，加热至590～610℃反应11～13h；S14、将步骤S13的中间产物，研磨，加热至730～750℃反应22～26h，得到硼酸钡非线性晶体材料；所述步骤S11至步骤S14中，所述研磨的转速为380～420转/min，研磨的时间为0.8～1.2h。4.权利要求1或2所述硼酸钡非线性晶体材料的制备方法，其特征在于，当所述硼酸钡非线性晶体材料为单晶时，包括如下步骤：S21、将含有含钡化合物、含硼化合物、含铅化合物、含锑化合物的原料，研磨，加热至400～50...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢伟杰，毛江高，
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：