[发明专利]化合物硼磷酸钾铅非线性光学晶体及制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种化合物硼磷酸钾铅(KPbBP₂O₈)非线性光学晶体及其制备方法和用途。

背景技术

非线性光学晶体材料是新型材料，利用非线性光学晶体材料的倍频、混频、光参量振荡和多光子吸收等非线性过程，达到光频率转换的目的，这一类晶体广泛应用于激光频率转换、四波混频、光束转向、图像放大、光信息处理、光存储、光纤通信、水下通信、激光对抗及核聚变研究等领域。

经过几十年来各国科学家的努力，目前发现了许多非线性光学晶体，并有一些非线性光学晶体得到了实际应用，如：KTP、低温相BBO、LBO等，但这些材料在晶体生长上有不足之处：由于KTP和LBO是非同成份熔融化合物，须使用助熔剂法来生长；BBO存在相变，故低温相BaB₂O₄也须用助熔剂法生长。这些晶体由于要用助熔剂法生长，生长速度慢，不易获得大尺寸晶体。

基于以上原因，各国科学家仍旧在极力关注着各类新型非线性光学晶体的探索和研究，不仅注重晶体的光学性能和机械性能，而且越来越重视晶体的制备特性，希望新晶体材料容易制备，最好是同成分熔融化合物，能使用熔体法生长单晶，从而可以获得价格低廉的大尺寸高质量的非线性光学晶体。

发明内容：

本发明的目的是提供一种化合物硼磷酸钾铅非线性光学晶体及制备方法和用途，该化合物的化学式为KPbBP₂O₈，采用固相反应法，将含钾、含铅、含硼和含磷的原料混合均匀后，加热进行固相反应，获得硼磷酸钾铅的化合物，再将该化合物采用熔体法生长晶体，即可得到硼磷酸钾铅非线性光学晶体。该化合物为具有厘米级大尺寸的四方晶系的非线性光学晶体，空间群为I-42d，晶胞参数为：a＝7.1764(7)b＝7.1764(7)c＝13.9483(13)Z＝4，V＝718.35其粉末倍频效应与KDP(KH₂PO₄)相当，莫氏硬度为4-5，易于切割、抛光加工和保存，不潮解，适合于制作非线性光学器件。

本发明所述的化合物硼磷酸钾铅非线性光学晶体，该化合物的化学式为KPbBP₂O₈，为具有厘米级大尺寸的四方晶系非线性光学晶体，其空间群为I-42d，晶胞参数为：a＝7.1764(7)b＝7.1764(7)c＝13.9483(13)Z＝4，V＝718.35莫氏硬度为4-5。

所述化合物硼磷酸钾铅的制备方法，采用固相反应法及化合物熔体法生长晶体，具体操作按下列步骤进行：

a、采用固相反应法，将含钾、含铅、含硼和含磷的原料按摩尔比1∶1∶1∶2混合均匀后，加热进行固相反应，获得硼磷酸钾铅的化合物；

b、将硼磷酸钾铅化合物在坩埚中加热到熔化，在温度880-1100℃恒温4-15h，再降温至865-870℃，得到硼磷酸钾铅化合物熔体；

c、将固定于籽晶杆上的籽晶从晶体生长炉顶部下籽晶，使籽晶与硼磷酸钾铅化合物熔体表面接触或伸入至硼磷酸钾铅化合物熔体中，降温至饱和温度；

d、以0-100rpm的转速旋转籽晶生长晶体，待单晶生长到所需尺度后，将晶体提离熔体表面，以1-100℃/h的速率降至室温，然后将晶体从炉膛中取出，即可得到硼磷酸钾铅非线性光学晶体。

步骤a所述硼磷酸钾铅为同当量比的含钾、含铅、含硼和含磷化合物的混合物。