[发明专利]CsZn2B3O7化合物、CsZn2B3O7非线性光学晶体及其制法和用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种CsZn₂B₃O₇化合物、CsZn₂B₃O₇非线性光学晶体、该CsZn₂B₃O₇晶体的制备方法和该晶体用于制作非线性光学器件的用途。

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方向通过一块非线性光学晶体时，该光束的频率将发生变化。具有非线性光学效应的晶体称为非线性光学晶体。利用晶体的非线性光学效应，可以制成二次谐波发生器和上、下频率转换器以及光参量振荡器等非线性光学器件。利用非线性光学晶体进行频率变换的全固态激光器是未来激光器的一个发展方向，而其关键在于获得优秀的非线性光学晶体。

目前，应用于紫外波段的非线性光学晶体主要有²-BaB₂O₄（BBO）、LiB₃O₅（LBO）、CsLiB₆O₁₀（CLBO）和K₂Be₂BO₃F₂（KBBF）等，但它们都存在各自的不足之处。例如，LBO的双折射率都比较小，不能实现1064nm波长激光的四倍频输出；BBO的双折射率偏大，用于1064nm波长激光的四倍频输出时存在光折变效应，限制了其输出功率和光束质量；而CLBO极易潮解，难以实现商业化应用；KBBF则由于其严重的层状生长习性，导致其难以获得c向厚度大的晶体。因此，探索综合性能优异的新型紫外非线性光学晶体仍然是迫切而必要的。

根据阴离子基团理论，含共轭键的(BO₃)^3-基团具有相对较大的微观倍频系数，当这些(BO₃)^3-基团排列方向一致时会产生大的宏观倍频系数；同时，其平面构型有利于产生较大的双折射以实现紫外波段的相位匹配；另外，(BO₃)^3-基团具有较宽的带隙，有利于紫外光的透过和抗激光损伤阈值的提高。因此，(BO₃)^3-基团被认为是设计合成紫外和深紫外非线性光学晶体的最佳基团之一。 目前唯一能够直接倍频输出深紫外激光的晶体KBBF，其基本结构基元即是(BO₃)^3-基团。在KBBF晶体结构中，由(BO₃)^3-与(BeO₃F)^5-构筑的平面层之间通过弱的K⁺-F^-离子键连接，这导致KBBF晶体呈现出严重的层状生长习性。

因此，发明人设计合成一种新型紫外非线性光学材料：在该材料中，(ZnO₄)^6-四面体取代(BeO₃F)^5-四面体与(BO₃)^3-基团一起构筑一种新的平面层[Zn₂BO₅]_∞；同时，利用(B₃O₆)^3-基团充当平面层与层之间的连接媒介以增强层间连接力；另外，引入阳离子填入层间空隙并维持电荷平衡。这样一来，一方面由于(ZnO₄)^6-四面体的微观二阶非线性光学效应不可忽略，其几何叠加将导致所得材料具有更大的宏观非线性光学效应；另一方面，层与层之间依靠(B₃O₆)^3-基团作为连接媒介，层间连接更紧密，所得新材料将克服或大大减轻层状生长习性。基于此，本发明人在大量探索的基础上，完成了本发明。晶体结构分析和粉末倍频测试等都表明这种设计是切实可行的。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种化学式为CsZn₂B₃O₇的化合物。

本发明的目的之一在于提供一种CsZn₂B₃O₇化合物的制备方法。