[发明专利]化合物硼酸钡和硼酸钡光学晶体及制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明涉及化学式为Ba₂B₁₀O₁₇的化合物硼酸钡及硼酸钡光学晶体，晶体制备方法和利用该晶体制作的光学器件。

背景技术

双折射现象是光在光性非均匀的介质晶体中传播时表现出来的重要特性之一。光在光性非均质体（如三方晶系、四方晶系，六方晶系等晶系的晶体）中传播时（除了沿光轴方向），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，即o光和e光，这种现象称为双折射，这样的晶体称为双折射晶体。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关键材料。

常用的双折射材料主要有MgF₂、金红石、YVO₄、方解石、LiNbO₃以及α-BaB₂O₄晶体等。然而这些材料都存在着不足之处，例如，方解石晶体人工合成难，且易于解离；金红石人工合成比较困难，且尺寸较小，硬度大，难以加工；MgF₂晶体和LiNbO₃晶体双折射率太小；YVO₄晶体由于在生长过程中有很多困难，也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。总之，所存在的这些双折射材料要么是无法满足大尺寸光学偏光元件的要求，晶体利用率低，要么就是难生长。鉴于此，非常有必要寻找一种易于生长，性能稳定且具有较大双折射率的双折射晶体。

通过检索，专利申请号US09/758,327报道了Ba₂B₁₀O₁₇化合物，通过比较表明：本发明所述的化合物Ba₂B₁₀O₁₇与US09/758,327报道的化合物Ba₂B₁₀O₁₇区别在于:1、空间群不同,检索文献US09/758,327为P1，本发明为2、性质不同,检索文献US09/758,327为非中心对称的化合物，具有二阶非线性光学效应；本发明为中心对称的化合物，不具有二阶非线性光学效应。3、用途不同,检索文献US09/758,327晶体可作为制备倍频发生器、上或下频率转换器，光参量振荡器等非线性光学器件的用途。本发明晶体由于有较大的双折射率，可作为光隔离器，环形器，光束位移器，光学起偏器和光学调制器的用途。

发明内容

本发明目的在于提供一种化合物硼酸钡，及硼酸钡光学晶体，化学式均为Ba₂B₁₀O₁₇。

本发明另一目的在于提供采用提拉法生长硼酸钡光学晶体的制备方法。

本发明再一个目的是提供一种硼酸钡光学器件的用途，用于适于制作光通信元件，例如，光隔离器，环形器，光束位移器，光学起偏器和光学调制器等。特别适用于制作各种用途的偏光棱镜，相位延迟器件和电光调制器件。

本发明所述的一种化合物硼酸钡，该化合物的化学式为Ba₂B₁₀O₁₇，空间群分子量654.7538，采用固相反应法合成化合物。

一种化合物硼酸钡光学晶体，该晶体的化学式为Ba₂B₁₀O₁₇，晶体属三斜晶系，空间群

所述的化合物硼酸钡光学晶体的制备方法，采用提拉法生长晶体，具体操作按下列步骤进行：

a、将化合物硼酸钡在坩埚中加热至熔化，并在温度890-950℃恒温48-80h，再降至温度868-872℃，得到Ba₂B₁₀O₁₇熔体；

b、以温度0-10℃/h的速率缓慢降温至室温，结晶获得籽晶或在降温中使用铂丝悬挂法获得小晶体作为籽晶；

c、在化合物熔体表面或熔体中生长晶体：将步骤b籽晶固定在籽晶杆上，从顶部下籽晶与步骤a化合物熔体表面接触，降温至860－865℃；或将步骤a化合物熔体直接降温至860－865℃，再与固定在籽晶杆上籽晶接触；