[发明专利]化合物氯硼酸钾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氯硼酸钾非线性光学晶体及制备方法和用途。

背景技术

非线性光学晶体是重要的光电信息功能材料之一，是光电子技术特别是激光技术的重要物质基础。非线性光学晶体材料可以用来进行激光频率转换，扩展激光的波长；用来调制激光的强度、相位；实现激光信号的全息存储、消除波前畴变的自泵浦相位共轭等等。所以，非线性光学晶体是高新技术和现代军事技术中不可缺少的关键材料，各发达国家都将其放在优先发展的位置，并作为一项重要战略措施列入各自的高技术发展计划中，给予高度重视和支持。

伴随着激光技术从上世纪六十年代发展至今，非线性光学晶体也得到长足的发展，从最初的石英倍频晶体开始，不断涌现出铌酸锂、磷酸二氢钾、磷酸二氘钾、碘酸锂、磷酸氧钛钾、偏硼酸钡、三硼酸锂、铌酸钾、硼酸铯、硼酸铯锂、氟硼酸钾铍等非线性光学晶体，广泛应用于激光倍频、和频、差频、光参量放大以及电光调制、电光偏转等。

发展全固态深紫外(200nm)相干光源，是目前国际光电子领域最前沿的研究项目之一，这是因为紫外激光在许多高技术领域有着十分重要的应用，如新一代的集成电路光刻技术需要全固态的紫外相干光源；光电子能谱、光谱技术中，迫切需要可调谐的全固态深紫外相干光源，这对于推动深紫外光谱、能谱仪的发展将起到关键性的作用，并将开辟一个新的物质科学研究领域；深紫外相干光源还将极大地推动激光精密机械加工业的发展。由于目前还没有直接输出深紫外波长的激光晶体问世，解决固态深紫外激光光源的关键问题集中在紫外波段的NLO变频晶体的研制和应用开发，经过大量的研究和实验，我们发现的新的非线性晶体KBOCl就可以直接实现1064nm的四倍频输出。

发明内容

本发明目的在于为解决全固态紫外激光系统对具有非线性光学效应的晶体材料的需要，提供一种化合物氯硼酸钾非线性光学晶体，该化合物化学式为：K₃B₆O₁₀Cl，该晶体不具有对称中心，属三方晶系，空间群R3m，晶胞参数为a＝10.0624(14)，b＝10.0624(14)，c＝8.8361(18)，Z＝3，V＝774.8(2)，分子量为377.61。其粉末倍频效应达到KDP(KH₂PO₄)的3倍左右，具有较宽的透光范围，透光波段165-3460nm。

本发明另一目的在于提供一种化合物氯硼酸钾非线性光学晶体的制备方法。

本发明又一个目的是提供一种化合物氯硼酸钾非线性光学晶体的用途。

本发明所述的化合物氯硼酸钾非线性光学晶体，该晶体化学式为K₃B₆O₁₀Cl，分子量377.61，属三方晶系，空间群R3m，晶胞参数为a＝10.0624(14)，b＝10.0624(14)，c＝8.8361(18)，Z＝3，V＝774.8(2)，莫氏硬度为4-5，具有厘米级大尺寸。

化合物氯硼酸钾非线性光学晶体的制备方法，采用固相反应法合成化合物及助熔剂法生长其晶体，具体操作按下列步骤进行：

a、采用固相反应法，按摩尔比K∶Cl∶B＝3∶1∶6混合均匀，仔细研磨，放入马弗炉中，升温至350℃，恒温24小时，冷却至室温，充分研磨，再升温至600℃，恒温24小时，冷却至室温，充分研磨样品，再升温至720℃，恒温48小时，轻微研磨，得到烧结完全的氯硼酸钾化合物单相多晶粉末，再对该多晶粉末进行X射线分析；

b、将步骤a氯硼酸钾化合物与助熔剂KF、K₂O、PbO或KF-PbO混匀，以1-30℃/h的升温速率将其加热至680-850℃，恒温5-100小时，得到混合熔液；

或直接按摩尔比称取制备氯硼酸钾的原料，与助熔剂体系混匀，以1-30℃/h的升温速率将其加热至680-850℃，恒温5-100小时，得到混合熔液；

c、将步骤b得到的混合熔液降温至655-750℃，此时将籽晶杆快速伸入液面下，以0.5-10℃/h的速率缓慢下降5-100℃，将籽晶杆提出液面，籽晶杆上会有聚集物，再以温度0-12℃/h的速率降至室温，获得氯硼酸钾籽晶；

d、将步骤c得到的籽晶固定于籽晶杆上从晶体生长炉顶部下籽晶，先预热籽晶5-60分钟，使籽晶在温度660-750℃熔液表面或熔液中进行回熔，恒温5-60分钟，快速降至饱和温度655-745℃；