[发明专利]大尺寸八水合硼酸钙铵非线性光学晶体的制备方法及用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种大尺寸八水合硼酸钙铵非线性光学晶体的制备方法及用途，该方法使用水溶液法制备的大尺寸硼酸盐体系的非线性光学晶体，通过该方法获得的大尺寸八水合硼酸钙铵(CaN₂B₈O₂₆H₃₂)非线性光学晶体作为制备非线性光学器件的用途。 

背景技术

非线性光学效应起源于激光与介质的相互作用。当激光在具有非零二阶极化率的介质中传播时，会产生倍频、和频、差频、光参量放大等非线性光学效应。由于非线性光学在现代激光技术、光学通讯、数据储存、光信息处理等方面显示出诱人的应用前景，近几十年来寻找非线性光学特性强而响应速度极快的新型材料成为非线性光学领域的主要研究课题之一。 

无机非线性光学晶体材料依据其透光波段和适用范围，可分为紫外光区非线性光学材料、可见光区非线性光学材料和红外光区非线性光学材料。研究最早的紫外波段的频率转换晶体是五硼酸钾(KB₅O₈·H₂O)。虽然它的透过波段达真空紫外，但因其倍频系数甚小(仅为ADP晶体的1/10)，所以应用上受到很大限制。 

自20世纪70年代末至80年代，我国在无机晶体研究上处于国际领先地位，在晶体技术方面取得了很大成果，如BBO(β-偏硼酸钡)、LBO(硼酸锂)、KBBF(氟硼酸铍钾)等晶体。虽然这些晶体的生长技术已日趋成熟，但仍存在着明显的不足之处：如晶体易潮解；生长周期长；层状生长习性严重及价格昂贵等。因此寻找新的非线性光学晶体仍是一个十分重要的工作。 

在激光技术中，直接利用激光晶体所能获得的激光波段有限，从紫外到红外光谱区，尚存在空白波段。使用非线性光学晶体，通过倍频、混频、光参量放大等非线性光学效应，可将有限的激光波长转化为新波段的激光。利用这种激光可以填补各类激光器件发射激光波长的空白光谱区是激光器得到更广泛的应用。全固态激光系统可以由固态激光器产生近红外激光，再由非线性光学晶体进行频率转化来实现，在激光技术领域具有巨大的应用前景和经济价值。 

虽然CaN₂B₈O₂₆H₃₂化合物在1997年已有相继报道(如XAVIER SOLANS，JOAQUIM SOLANS，M.VICTORIA DOMNECH Acta Crystallogr.1997，C53，994-997.)。但这些报道尚未涉及晶体线性、非线性性能的测试研究以及其在非线性光学方面的应用。要测试一种晶体的基本物理性能(包括非线性光学性能)需要该晶体的尺寸达到毫米甚至厘米级的单晶，至今尚未见到有关制备大小足以供物性测试用的CaN₂B₈O₂₆H₃₂单晶的报道，更无法在市场上购到该单晶，另外也没有关于CaN₂B₈O₂₆H₃₂单晶非线性光学性能测试结果的报告或将CaN₂B₈O₂₆H₃₂单晶用于非线性光学器件的报道。 

发明内容

本发明的目的是为了弥补各类激光器发射激光波长的空白光谱区，通过使用水溶液法制备的大尺寸八水合硼酸钙铵非线性光学晶体，该晶体分子式为：CaN₂B₈O₂₆H₃₂，属于正交晶系，分子量为602.84，非线性光学效应为KDP晶体的0.5倍，透光波段190nm至2600nm。该方法具有操作简单，成本低，所用的试剂为毒性低，生长周期短，物化性质稳定等优点。通过本发明所述的方法获得的大尺寸八水合硼酸钙铵非线性光学晶体，在空气中不潮解，生长周期短，易于切割、抛光加工和保存，在倍频转换、光参量振荡器等非线性光学器件中可以得到广泛应用。 

本发明所要解决的问题是提供一种透光波段较宽，二阶非线性光 学系数较大，能够实现相位匹配，容易制备的大尺寸八水合硼酸钙铵非线性光学晶体材料的方法。