[发明专利]氟硼酸钡钠双折射晶体及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种氟硼酸钡钠双折射晶体及其制备方法和应用，特别是一种用于红外-深紫外波段的分子式为Na₃Ba₂(B₃O₆)₂F的氟硼酸钡钠双折射晶体及其制备方法和应用。

背景技术

双折射现象是光在非均匀的介质晶体中传播时表现出来的重要特性之一，可以用光的横波性质来解释。光在非均质体（如立方系以外的晶体）中传播时，除了个别特殊的方向（沿光轴方向）外，会改变其振动特点，分解为两个电场矢量振动方向互相垂直，传播速度不同，折射率不等的两束偏振光，这种现象称为双折射，这样的晶体称为双折射晶体。两束光中其中一束遵守折射定律的称为o光（ordinary ray、寻常光），其折射率用n_o表示，另一束不遵从折射定律的称为e光（extraordinary ray、非常光），其折射率用n_e表示，这两束光都是偏振光。由于晶体材料各向异性，这两束折射光线的夹角大小与光波的传播方向以及偏振状态有关。产生双折射现象的晶体可分为单轴晶体和双轴晶体，称为单轴晶体的材料属于三、四或六方晶系，称为双轴晶体的材料属于三斜、单斜或正交晶系，方便使用的双折射材料是单轴晶体。利用双折射晶体的特性可以得到线偏振光，实现对光束的位移等，从而使得双折射晶体成为制作光隔离器、环形器、光束位移器、光学起偏器和光学调制器等光学元件的关键材料。

常用的双折射材料主要有方解石晶体、金红石晶体、LiNbO₃晶体、YVO₄晶体、α-BaB₂O₄晶体以及MgF₂晶体等。然而方解石晶体主要以天然形式存在，人工合成比较困难，一般尺寸都比较小，杂质含量比较高，无法满足大尺寸光学偏光元件的要求，而且易于解离，加工比较困难，晶体利用率低，普通方解石晶体只能使用于350nm以上波段，紫外光学级方解石晶体获得困难，其使用波段也无法达到深紫外区（<250nm)。金红石也主要以天然形式存在，人工合成比较困难，且尺寸较小，硬度大，难以加工。LiNbO₃晶体易于得到大尺寸晶体，但双折射率太小。YVO₄是一种性能良好的人工双折射晶体，但是它的透过范围是400-5000nm，不能用于紫外区，而且由于YVO₄熔点高，必须使用铱坩埚进行提拉生长，且生长的气氛为弱氧气氛，从而在生长时存在铱元素的变价问题，从而使得晶体的质量下降，不易获得高质量的晶体。α-BaB₂O₄由于存在固态相变，很容易在晶体生长过程中开裂。MgF₂晶体的透过范围是110-8500nm，它是一种应用于深紫外很好的材料，但是它的双折射率太小，不适合用作制造格兰棱镜，只能用于洛匈棱镜，且光速分离角小，器件尺寸大，使用不便。本发明提供的Na₃Ba₂(B₃O₆)₂F双折射晶体的透过范围宽(180-3300nm),并且双折射率大(0.090-0.240)，且可用于紫外深紫外波段(180-350nm)。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种氟硼酸钡钠双折射晶体，该晶体化学式为Na₃Ba₂(B₃O₆)₂F，分子量为459.37，属于六方晶系，空间群为P6(3)/m，晶胞参数为Z=2，其透过范围宽180-3300nm，并且双折射率大0.090-0.240，且能用于紫外深紫外波段180nm-350nm。

本发明的另一目的在于提供Na₃Ba₂(B₃O₆)₂F双折射晶体的制备方法。

本发明的再一目的在于提供Na₃Ba₂(B₃O₆)₂F双折射晶体的应用。

本发明所述的一种氟硼酸钡钠双折射晶体，该晶体化学式为Na₃Ba₂(B₃O₆)₂F，分子量为459.37，属于六方晶系，空间群为P6(3)/m，晶胞参数为Z=2。