[发明专利]非线性光学晶体硼酸氧镉镥

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，即硼酸氧镉镥，其化学式为Cd₄LuO(BO₃)₃。

技术背景

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Cd₄LuO(BO₃)₃)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。

目前在紫外区可应用的非线性光学晶体主要是LBO(LiB₃O₅)与BBO(BaB₂O₄)两种，它们的生长技术与生长工艺已经非常成熟，能够生长出高质量，大尺寸的单晶。BBO晶体是迄今为止能产生有效五倍频的紫外非线性光学晶体之一，同时还能通过和频的方法得到有效的193nm的输出。此晶体具有较大的折射率，能实现从202.8nm到2600nm范围的直接倍频，因此广泛应用于光参量振荡和各种谐波发生器中。LBO具有宽的透光范围，光学均匀性好，倍频系数适中，接收角比较宽，可以实现90°非临界相位匹配。由于LBO的双折射率太小，从而限制了它在紫外区的相位匹配范围。由于LBO晶体的热膨胀系数的各向异性，导致在高温镀膜时容易造成晶体器件的损伤，而BBO晶体有微弱潮解，容易在器件加工过程中造成损伤，所以我们必须寻找新型的紫外非线性晶体来弥补这一缺陷。

新型非线性晶体应该具有很宽的透过波段和大的非线性效用，以及良好的物化性能。引入非对称单元的CdO_n进入稀土硼酸盐体系既能有效增大非线性效应，也能获得良好的物化性能。经过固相合成，晶体生长，单晶结构测定，我们得到了Cd₄LuO(BO₃)₃，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硼酸氧镉镥化合物，其化学式为Cd₄LuO(BO₃)₃。

本发明的另一目的在于提供一种硼酸氧镉镥化合物制备方法。

本发明的另一目的在于提供一种硼酸氧镉镥非线性光学晶体，其化学式为Cd₄LuO(BO₃)₃。

本发明的再一目的在于提供一种硼酸氧镉镥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硼酸氧镉镥非线性光学晶体的用途。

本发明的技术方案如下：

本发明提供的硼酸氧镉镥化合物，其化学式为Cd₄LuO(BO₃)₃。

本发明提供的硼酸氧镉镥化合物的制备方法，其步骤如下：将含Cd、Lu和B的化合物原料按其摩尔比为Cd∶Lu∶B＝4∶1∶3的比例均匀混合研磨后，装入铂坩锅中，缓慢升温300～400℃后，预烧1～5小时；冷却至室温，取出研磨；然后在800～900℃下烧结12～20小时，冷却至室温，取出研磨，得到本发明的粉末状硼酸氧镉镥化合物，对其进行XRD检测(图3a)，其分子式为Cd₄LuO(BO₃)₃。所述的含Cd化合物原料为含镉的氧化物或碳酸盐，所述的含Lu化合物原料为含钇的氧化物或碳酸盐，所述的含B化合物原料为B₂O₃或H₃BO₃.

本发明提供的硼酸氧镉镥非线性光学晶体，其化学式为Cd₄LuO(BO₃)₃，属于单斜晶系，空间群为Cm，晶胞参数为α＝γ＝90°，β＝99.972°，z＝2，单胞体积为晶体结构如图2。