[发明专利]非线性光学晶体氟碳酸钙钾

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型光电子功能材料及生长方法和用途，特别是涉及一种非线性光学晶体材料及其制备方法和用途，即氟碳酸钙钾，其化学式为KCaCO₃F，简称KCCF。

背景技术

晶体的非线性光学效应是指这样一种效应：当一束具有某种偏振方向的激光按一定入射方向通过一块非线性光学晶体(如KCCF)时，该光束的频率将发生变化。

具有非线型光学效应的晶体称为非线性光学晶体。利用非线性光学晶体进行激光频率转换，拓宽激光波长的范围，使激光的应用更加广泛。尤其是硼酸盐类非线性光学晶体如BBO、LBO、KBBF、SBBO、TBO、KABO、BABO等晶体以其优异的光学性质而倍受关注。在光学照相、光刻蚀、精密仪器加工等领域的发展越来越需要紫外和深紫外激光相干光源，即需要性能优异的紫外和深紫外非线性光学晶体。

KBBF的基本结构基元是(BO₃)^3-平面基团，此晶体的紫外吸收边在155nm左右，具有适中的双折射率(Δn＝0.07)，可以实现很宽的相位匹配范围，是目前为止最优秀的深紫外非线性光学晶体。但由于KBBF是一种层状结构的晶体，层与层之间是靠静电吸引而不是通过价键相连接的，层状习性严重，在z方向生长速度很慢，生长出的单晶体分层现象明显，晶体不易生长。

SBBO的基本结构基元也是(BO₃)^3-平面基团，但它用氧取代氟离子，使得层与层之间通过氧桥相互连接，以便改进KBBF的层状习性，而每一层的结构则保持基本不变。SBBO不仅具有较大的宏观倍频系数，低的紫外吸收边(165nm)，适中的双折射率(Δn＝0.06)，而且彻底克服了晶体的层状习性，解决了晶体生长的问题。在此基础上，保持(BO₃)^3-基团的结构条件基本不变，替换阳离子Sr²⁺和Be原子，相继研制了TBO、KABO、BABO等一系列非线性光学晶体，它们统称为SBBO族晶体。它们克服了KBBF单晶生长的层状习性，但这些晶体到目前为止还不能取代KBBF单晶，因为SBBO和TBO晶体的结构完整性不好，其宏观性能显示的光学均匀性非常差，目前还无法在实际器件中得到应用；KABO和BABO晶体的结构完整性很好，具有较好的光学均匀性，但由于Al取代了Be，它们的吸收边红移到180nm左右，很难用于深紫外的谐波输出。

由于(CO₃)^2-与(BO₃)^3-的结构和配位数相似，我们认为可用(CO₃)^2-代替(BO₃)^3-，然后以碱金属和碱土金属离子作为阳离子，加入氟离子调整层间结构，从而得到新的化合物，开拓深紫外非线性光学晶体的应用。经过固相合成，晶体生长，单晶结构测定，证实了这种设想是可能的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种氟碳酸钙钾非线性光学晶体，其化学式为KCaCO₃F。

本发明的另一个目的在于提供一种非线性光学晶体氟碳酸钙钾其化学式为KCaCO₃F的多晶料的制备方法。

本发明的再一目的在于提供一种氟碳酸钙钾非线性光学晶体的生长方法。

本发明还有一个目的在于提供氟碳酸钙钾非线性光学晶体的用途。

本发明的技术方案如下：

本发明提供的氟碳酸钙钾非线性光学晶体，其化学式为KCaCO₃F，该晶体不具有对称中心，属于六方晶系，空间群为晶胞参数为α＝β＝90°，γ＝120°，z＝1，单胞体积为晶体结构如图2。