[发明专利]一种氟硼酸钡钠紫外双折射晶体及生长方法和用途

说明书

技术领域

本发明涉及可用于紫外深紫外的氟硼酸盐双折射晶体，特别是一种用于紫外深紫外的分子式为Ba₂Na₃(B₃O₆)₂F的氟硼酸钡钠（简称：BNBF）双折射晶体及其生长方法和用途。

背景技术

双折射是指一束光投射到晶体表面上产生两束折射光的现象，产生这种现象的根本原因在于晶体材料的各向异性。晶体的双折射性质是电光功能晶体材料的重要光学性能参数。双折射晶体材料用途广泛，主要应用于光学和光通讯领域。

目前用作双折射晶体材料主要有MgF₂晶体、TiO₂晶体、LiNbO₃晶体、方解石（CaCO₃）晶体和YVO4晶体等。MgF₂晶体的透过光谱范围是110～8500nm，它是一种很适合应用在深紫外波段的材料，但是其过小的双折射率限制了它的应用；TiO₂晶体虽然双折射率大，但是其透过波段只能达到400nm左右，此外它的缺点生长困难；方解石晶体双折射率大，是最常用的双折射晶体，但其主要以天然形式存在，杂质含量高，并且它的使用波段也无法达到深紫外区（<250nm）；YVO₄是一种优良的人工双折射晶体，具有较大的双折射率，优良的物化稳定性与机械性能，而且容易生长，但是其透过范围是400～5000nm，不能用于紫外区；LiNbO₃虽然也是一种很成熟的双折射晶体，但是其双折射率相对较小，在1.5μm波长下只有约YVO₄的三分之一，而且其也不能用于紫外区域。

总结以上，应用于紫外深紫外波段的双折射晶体非常缺乏，因此非常有必要探寻一种易生长、物化性能好、紫外截止边短并且具有较大双折射率的晶体。

近几十年来，一些硼酸盐晶体由于其紫外截止边短，非线性光学系数大以及激光损伤阈值高等优点而受到广泛关注，例如低温相的BaB₂O₄（BBO）晶体和LiB₃O₅（LBO）晶体等。除了在非线性光学方面的应用以外，硼酸盐晶体在双折射材料，特别是紫外、深紫外区段，也具有重大的应用潜力。近年来有几种可以用作双折射材料的硼酸盐晶体见诸报道，如α-BBO（高温相BaB₂O₄）晶体、Ca₃(BO₃)₂晶体、REBa₃B₉O₁₈（RE=稀土元素）晶体等，但是这些晶体都有些缺陷。高温相BBO晶体的透过范围是189～3500nm，双折射率较大，但是该晶体易潮解，且存在固态相变，容易在生长过程中开裂，影响了晶体的成品率和利用率；Ca₃(BO₃)₂晶体的紫外截止边达到了180nm，但是在紫外区透过率不高，而且双折射率偏小，限制了其应用；YBa₃B₉O₁₈系列晶体由于含有稀土元素，在紫外区存在吸收，透过范围在300-3000nm，不适用于深紫外区域。