[发明专利]大尺寸氯氟硼酸钡非线性光学晶体及其制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种无机硼酸盐氟硼酸氯钡非线性光学晶体。

背景技术

1960年T.M.Maiman研究成功了世界上第一台红宝石(Cr³⁺:Al₂O₃)脉冲激光器，自此激光成为20世纪以来，继原子能、计算机、半导体之后，人类的又一非常重大的发明，并在科研、工业、交通、国防和医疗卫生等方面发挥越来越重要的作用。但是，当前各种激光器直接输出的激光波段有限，从紫外波段到红外波段尚存有激光空白波段。以目前可调谐范围最大的钛宝石(Ti:Al₂O₃)激光器为例，其最大可调谐范围仅在670nm-1100nm之间，远不能满足激光技术发展需要。1961年P.A.Franken将红宝石激光入射水晶(α-SiO₂)，首次发现了晶体所产生的倍频效应。从此以后，非线性光学晶体研究得到飞速的发展，利用非线性光学晶体拓宽激光辐射波长范围，成为开辟新的激光光源的重要手段。

硼酸盐非线性光学晶体是当前应用最广的激光变频晶体，因此在硼酸盐体系中探索新型变频晶体并实现激光波长的高效率转换成为激光领域一直关注的热点。世界上广泛应用的硼酸盐紫外非线性晶体材料主要有偏硼酸钡(β-BaB₂O₄，β-BBO)和三硼酸锂(LiB₃O₅，LBO)，这是中国科学家分别于1985年和1989年发明。上世纪90年代中科院福建物构所成功研制出了KBe₂(BO₃)F₂(KBBF)深紫外非线性光学晶体，该晶体是目前唯一能实现177.3nm波长输出的倍频材料。KBBF族晶体是我国在非线性光学晶体研究领域中，继发现BBO、LBO晶体后的第3个中国牌非线性光学晶体，对推动全固态深紫外激光源的发展和应用具有开拓性的作用，也充分证明我国在非线性光学晶体领域继续保持国际领先水平。虽然现有非线性光学晶体如BBO、LBO、KBBF已得到广泛的应用，但随着社会的发展人类对技术的需求永无止境。因此，探索高性能的新型非线性光学晶体材料是光电功能材料领域的重要课题，人们仍在不断探索以求发现性能更好的非线性光学晶体。

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，提供一种紫外吸收边较低，透光波段较宽，容易制备且稳定性较好的大尺寸氟硼酸氯钡非线性光学晶体，该晶体化学式为BaClBF₄。

本发明的另一目的是提供一种使用水热法操作简便的制备大尺寸的氟硼酸氯钡非线性光学晶体的方法。

本发明的再一目的是提供大尺寸氟硼酸氯钡非线性光学晶体的用途。

本发明所述的一种大尺寸氟硼酸氯钡非线性光学晶体，该晶体的化学式为BaClBF₄，分子量为259.60，属于正交晶系，空间群为Pmn2₁，单胞参数为a＝5.228(3)b＝9.351(5)c＝4.734(3)Z＝2。

所述的大尺寸氟硼酸氯钡非线性光学晶体的制备方法，采用水热法制备晶体，具体操作按下列步骤进行：

a、将BaCl₂·2H₂O或Ba(OH)₂和HCl分别溶解在HBF₄中，加入H₃BO₃或B₂O₃，将不完全溶解的混合物在温度为30-60℃下的超声波中处理60min，使其充分混合溶解；

或将BaCl₂·2H₂O或Ba(OH)₂和HCl分别溶解在HBF₄中，将不完全溶解的混合物在温度为30-60℃下的超声波中处理60min，使其充分混合溶解；

b、将步骤a中的溶液转入到体积为25-100mL的高压反应釜的聚四氟乙烯内衬中，并将反应釜旋紧密封；

c、将步骤b中的高压反应釜放置在恒温箱内，按温度20-60℃/h的速率升温至170-200℃，恒温3-15天，再以温度10-100℃/天的降温速率降至室温；

d、打开高压反应釜，淡黄色的澄清溶液中获得厘米级的大尺寸氟硼酸氯钡晶体。