一種NaCaBe2B2O6F非線性光學晶體，采用熔鹽生長方法制備：將氟硼鈹酸鈣鈉與助熔劑按比例混勻，升溫800℃，恒溫后再冷卻至飽和溫度之上2-10℃，得高溫溶液；將籽晶桿上的籽晶放入該高溫溶液中，旋轉籽晶桿，降溫至飽和溫度，再緩慢降溫，將所得晶體提離液面降至室溫，得到氟硼鈹酸鈣鈉非線性光學晶體；其具有非線性光學效應，透光波段寬，紫外截止邊達到190nm，不潮解，化學穩定性好，適于紫外波段激光變頻需要，可用于制作非線性光學器件，實現Nd:YAG激光的2倍頻，3倍頻，4倍頻，5倍頻或6倍頻的諧波光輸出器件，并同樣可用于其它激光波長的諧波光輸出器件，產生波長等于或短于266nm的相干光輸出。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種光電子功能材料及生長方法和用途，特別是涉及一種非線性光學材料及其制備方法和用途，具體的說，涉及到一種氟硼鈹酸鈣鈉(NaCaBe2B2O6F)非線性光學晶體及生長方法和用途。所述氟硼鈹酸鈣鈉(NaCaBe2B2O6F)簡稱NCBBF。
技術介紹
晶體的非線性光學效應是指這樣一種效應當一束具有一定偏振方向和一定入射方向的激光通過一塊非線性光學晶體(如NCBBF)時，該激光束的頻率將發生改變。圖I和圖2為這一效應的典型示意圖。具有非線性光學效應的晶體稱為非線性光學晶體。這里非線性光學效應是指倍 頻、和頻、差頻、光參量振蕩和光參量放大等效應。只有不具有對稱中心的晶體才可能有非線性光學效應。利用晶體的非線性光學效應，可以制成二次諧波發生器，上、下頻率轉換器，光參量振蕩器等非線性光學器件。激光器產生的激光可通過非線性光學器件進行頻率轉換，例如，通過非線性光學晶體，可以使一束紅外激光束(例如1064nm)使其變換到可見光、紫外光甚至深紫外光譜區(波長短于200nm)，因而在激光
擁有巨大的應用前景。目前這一波段最常用的非線性光學晶體是三種無機非線性光學晶體，即低溫相偏硼酸鋇(β -BaB2O4,簡稱ΒΒ0)、三硼酸鋰(LiB3O5,簡稱LB0，)和磷酸鈦氧鉀(KTiOPO4,簡稱KTP)。但是這三種晶體的有效倍頻輸出波長在紫外光譜區均受到一定限制。對于BBO是由于(I)(B3O6)基團具有大的共扼π軌道特性，使基團的帶隙紅移，這導致BBO晶體的吸收邊在189nm ； (2)受紫外吸收邊的限制，使得該晶體無法產生短于193nm的諧波光；(3)平面狀的(B3O6)基團導致BBO晶體的雙折射率Λη O. 12，大的雙折射率使BBO晶體在四倍頻處的接收角Δ Θ = O. 45mrad*cm,這對于實際應用的器件太小了。而對于LBO是由于雙折射率太小，不能在更短的波段內實現相位匹配，因而不能產生有效倍頻光輸出。對于KTP晶體其截止波段為350nm，因此也不能產生紫外諧波光。目前，能產生深紫外直接倍頻輸出的非線性光學晶體的只有KBe2BO3F2(簡稱KBBF)和RbBe2BO3F2 (簡稱RBBF)。KBBF和RBBF晶體是由平面三角型的(BO3)基團與四面體的(BeO3F)基團組成的，(BO3)基團的三個氧原子與Be原子相連，形成二維無限網絡，K+和Rb+離子處于層狀網絡之間，層與層之間依靠靜電作用力相互連接。晶體的非線性光學效應主要是由(BO3)基團產生，(BO3)基團在晶格中呈現平面狀排列，相互平行并垂直于晶體的軸，使晶體具有優秀的非線性光學性質。此類晶體在紫外區的吸收邊為150nm左右，雙折射率為0. 07左右，KBBF直接倍頻可輸出至161nm(RBBF為171nm)。利用棱鏡耦合技術，KBBF晶體實現了 Ti : sapphire激光的四倍頻諧波光輸出和Nd基激光的六倍頻諧波光輸出，RBBF 晶體也是如此。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種氟硼鈹酸鈣鈉非線性光學晶體，該晶體適合于紫外波段激光變頻的需要，可用于制作非線性光學器件，可實現Nd: YAG激光的2倍頻，3倍頻，4倍頻，5倍頻，甚至短于200nm的倍頻輸出。本專利技術的另一目的在于提供一種氟硼鈹酸鈣鈉非線性光學晶體生長方法，該晶體生長方法方便快捷；本專利技術的再一目的在于提供一種氟硼鈹酸鈣鈉非線性光學晶體的用途，該晶體能夠實現Nd = YAG激光的2倍頻3倍頻、4倍頻、5倍頻，甚至還有能力產生波長短于200nm的諧波光的輸出；該氟硼鈹酸鈣鈉非線性光學晶體將在各種非線性光學領域(如電光器件、熱釋電器件、諧波發生器件、光參量振蕩與光參量放大器件，光波導器件等)中，獲得廣泛應用，并將開拓真空紫外區的非線性光學應用。 本專利技術的技術方案如下本專利技術提供的氟硼鈹酸鈣鈉非線性光學晶體；其分子式為NaCaBe2B2O6F,屬單斜晶系，空間群為Ce，熔點約為890°C，在空氣中不潮解，分子量為217. 71，單胞參數為a =4. 6232 (9) A；b = 8. 008 (3) A； c = 14. 182 (3) A, α = 90。，β = 90. 00 (3)，Y = 90。，ν=525. 1 (2) A3, Z = 4。本專利技術提供的氟硼鈹酸鈣鈉非線性光學晶體的熔鹽生長方法，其具體步驟如下(I)將氟硼鈹酸鈣鈉化合物與助熔劑按摩爾比混配均勻后放入晶體生長爐中的鉬坩堝，以10 30°C /小時的升溫速率將其加熱至800°C，恒溫10 40小時，再冷卻至飽和溫度之上2 10°C，得到含氟硼鈹酸鈣鈉化合物與助熔劑的高溫溶液；所述氟硼鈹酸鈣鈉化合物的分子式為NaCaBe2B2O6F ；所述助熔劑為B203、NaF和CaF2組成的混合物；所述氟硼鈹酸鈣鈉與助熔劑混配的摩爾比為NaCaBe2B2O6F B2O3 NaF CaF2 =I (O. 5 I) (3. 5 4) (O. 5 I. 5)；(2)把裝于籽晶桿上的籽晶從晶體生長爐頂端放入上述步驟(I)中得到的含氟硼鈹酸鈣鈉化合物與助熔劑的高溫溶液中，同時以10 100轉/分的速率旋轉籽晶桿，降溫至飽和溫度，然后以O. 5 :TC /天的速率緩慢降溫，降溫結束后，將所得晶體提離液面，并以5 30°C /小時的速率降至室溫，得到氟硼鈹酸鈣鈉非線性光學晶體，其分子式為NaCaBe2B2O6F0所述步驟(2)中籽晶桿的旋轉方向為單向旋轉或雙向可逆旋轉。所述雙向可逆旋轉中的每個單方向旋轉時間為1-10分鐘；相鄰兩個單方向旋轉的時間間隔為O. 5-1分鐘。本專利技術的氟硼鈹酸鈣鈉非線性光學晶體的用途，其可用于制備對波長λ為I. 064 μ m的激光光束實現2倍頻、3倍頻、4倍頻、5倍頻或6倍頻的諧波光輸出器件。所述諧波光輸出器件為產生低于200nm的諧波光輸出器件。所述諧波光輸出器件為用于紫外區的諧波發生器、光參量振蕩與光參量放大器件或光波導器件。所述的諧波發生器為從紅外到紫外區的光參量振蕩與放大器件。所述氟硼鈹酸鈣鈉(NaCaBe2B2O6F)化合物可采用固相合成方法在高溫下燒結來獲得(見實施例I)，其反應方程式為CaC03+2Be0+2H3B03+NaF = NaCaBe2B206F+C02 丨 +3H20 個或CaC03+2Be0+B203+NaF = NaCaBe2B206F+C02 個固相合成的NaCaBe2B2O6F(NCBBF)多晶粉末，經過粉末倍頻效應測試，確認這種化合物具有粉末倍頻效應，效應約為1/3倍KDP。NaCaBe2B2O6F非線性光學晶體的熔鹽法生長，以NaF、CaF2和B2O3的混合物作為助熔劑；用鉬坩堝做容器、電阻絲作加熱元件、選用A1-708P型可編程自動控溫儀；所生長的晶體經過單晶結構測試確認為NaCaBe2B2O6F非線性光學晶體，其屬單斜晶系，空間群為Ce，熔點為890. 5°C，在空氣中不潮解，分子量為217. 71，單胞參數為a =4. 6232 (9) A；b = 8. 008 (3) A； c = 14. 182 (3) Α，α = 90。，β = 90. 00(3), y = 90。，ν = 525. 1 (2) Α3，Ζ = 4;其具體結構由圖3給本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種氟硼鈹酸鈣鈉非線性光學晶體，其分子式為NaCaBe2B2O6F，屬單斜晶系，空間群為Cc，熔點約為890℃，在空氣中不潮解，分子量為217.71，單胞參數為a＝4.6232(9)b＝8.008(3)c＝14.182(3)α＝90°，β＝90.00(3)，γ＝90°，v＝525.1(2)Z＝4。FDA0000068310950000011.tif,FDA0000068310950000012.tif,FDA0000068310950000013.tif,FDA0000068310950000014.tif
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：陳創天，黃洪偉，姚吉勇，王曉洋，
申請(專利權)人：中國科學院理化技術研究所，
類型：發明
國別省市：
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