[发明专利]一种非线性光学晶体Bi2I4O13及制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明属于非线性光学及其制备领域，特别涉及一种非线性光学晶体Bi₂I₄O₁₃及制备方法和用途。

背景技术

非线性光学晶体，具有非线性光学效应，包括倍频、和频、差频、参量放大等效应，在激光频率转换、电光调制、光折变信息处理等高科技领域有着重要应用价值。非线性光学材料在现代科学技术中，特别是若干军事和民用高科技领域中，例如潜艇深水通讯、激光致盲武器、海洋鱼群探测、光盘记录、彩色激光打印、激光投影电视、光计算和光纤通讯等，都有一系列重要应用。目前实际应用的非线性光学晶体包括α-LiIO₃，KH₂PO₄(KDP)，KTiOPO₄(KTP)，β-BaB₂O₄(BBO)，LiB₃O₅(LBO)，LiNbO₃(LNO)与BaTiO₃(BTO)等。随着激光技术的发展和可调谐激光器的出现，非线性光学器件发展迅速，激光倍频、混频、参量振荡与放大，电光调制、偏转、Q开关和光折变器件等相继出现。以上的这些研究与应用，对非线性光学材料提出了更多更高的物理、化学性能的要求，也促进了非线性光学材料的迅速发展。

二阶非线性光学材料在结构上必须是非中心对称的，因此设计非线性光学材料的关键是如何诱导无心结构的形成及如何增加化合物的极化率，这是非线性光学材料设计与合成的难题。目前认为能产生无心结构的基团主要包括B-O、P-O、Ge-O键等，含孤对电子的离子，如I(V)(如IO₃^-和IO₄^3-)，Se(IV)，Bi(III)，Pb(II)，Tl(I)等，以及畸变八面体配位的d°电子构型的过渡金属离子如Ti(IV)，V(V)，Nb(V)，Ta(V)，Mo(VI)，W(VI)等。目前含单一非线性光学活性基团的体系已被研究得较详细。研究表明采用复合的方法即将两种或更多种非线性光学活性基团复合到同一化合物中，利用其协同效应增大获得无心结构的几率并提高其二阶非线性光学系数是一条合成新型非线性光学材料的有效途径。我们将两种含孤对电子的元素离子基团I(V)和Bi(III)复合到同一化合物中，由于两者的协同极化作用从而得到了性能优越的新型非线性光学材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种非线性光学晶体Bi₂I₄O₁₃及制备方法和用途。

本发明提供的非线性光学晶体Bi₂I₄O₁₃，其分子量为：1133.56，属正交晶系，空间群P2₁2₁2₁，单胞参数为a＝5.6831(11)b＝12.394(3)c＝16.849(3)α＝β＝γ＝90°，V＝1186.78(42)Z＝4。

该非线性光学晶体Bi₂I₄O₁₃的结构中有IO₃^-基团和IO₄^3-基团两种碘基团，该两种碘基团通过桥O原子与Bi原子相连而构成三维网状结构。Bi原子有两种配位方式，分别与8个和9个来自IO₃^-或IO₄^3-基团中的O原子相连，形成BiO₈和BiO₉基团，Bi-O键长取值范围：2.210～3.212该结构中部分O原子同时连接BiO₈和BiO₉基团的Bi原子和IO₄^3-中的I原子(见图1)。该结构经过粉末XRD实验以及SEM-EDS元素分析得以验证。

本发明提供的非线性光学晶体Bi₂I₄O₁₃的制备方法，其采用水热法合成，制备步骤如下：

1)将Bi源材料与I源材料按摩尔比1∶2～3比例均匀混配得Bi-I混合原料；