[发明专利]非线性光学材料铌酸铅锂及其粉体制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种非线性光学材料铌酸铅锂，其分子式为Pb_2.15-xLi_0.7+2xNb₅O₁₅，其中0≤x≤0.05，以及该材料粉体等的制备方法和应用。

背景技术

激光具有优越的相干性、单色性和高的能量密度，被广泛应用于民用、科研和军事的各个领域。例如激光打印、激光刻录、激光检测与计量技术、激光雷达、激光全息技术，非线性光学等等。激光可以通过固体激光器、液体激光器、气体激光器等直接产生，但这些方式所获得激光波长有限，不能满足需要。一种获得新的激光波长的有效方式是采用非线性光学晶体对现有波长的激光进行波长转换。通过几十年的探索，一批优秀的非线性光学晶体材料被开发了出来，如BBO（b-BaB₂O₄），LBO（LiB₃O₅），KTP(KTiOPO₄),LN(LiNbO₃)以及后来发现的KBBF（K₂BeBO₃F₂）等，它们在激光器多倍输出，差频、混频输出等各个方面展现了极大的应用价值，并实现了小于200nm的深紫外输出。虽然这些材料已经能够基本满足人们应用的需求，但也都有各自的不足，如光转换效率不高、晶体易潮解、层状生长习性以及价格昂贵等。因此，探索新的具有优异性能的非线性光学材料仍然是一项重要的工作。能够适合于应用的非线性光学材料需满足以下要求：（1）具有大的非线性光学系数；（2）能够实现相位匹配；（3）光损伤阈值高；（4）易于获得大尺寸晶体，等等。

关于Pb_2.15-xLi_0.7+2xNb₅O₁₅，其中0≤x≤0.05的化合物，目前并没有直接的报道。前苏联报道过Pb₂LiNb₅O₁₅化合物（Ferroelectrics，1991,124,85等），但其报道的化学式“Pb₂LiNb₅O₁₅”与本发明不同，按照“Pb₂LiNb₅O₁₅”来合成并不能得到单一物相；而且文献并没有对晶体结构进行解析，其提出的结构模型与本发明不同。此外，文献没有非线性光学性能方面的报告。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有强的非线性光学性能的材料铌酸铅锂及其粉体制备方法和应用，其化学式为Pb_2.15-xLi_0.7+2xNb₅O_15，其中0≤x≤0.05。

本发明的具体技术方案如下：

本发明所述非线性光学材料铌酸铅锂Pb_2.15-xLi_0.7+2xNb₅O₁₅中Pb与Li有一定的固溶度范围，该化合物可在0≤x≤0.05形成单一物相。正交晶系，空间群为Pn2₁m。在x=0时其化学式为Pb_2.15Li_0.7Nb₅O₁₅，晶胞参数为a=12.3823Å，b=12.6687Å，c=7.6621Å，Z=4。

本发明所述非线性光学材料铌酸铅锂为四方钨青铜结构，由NbO₆八面体共顶点组成层状骨架，Pb、Li则分别填充在五边形、四边形孔洞中。

在室温下，用Nd：YAG激光器作光源，入射波长在1064nm的红外光，产生强烈的532nm绿光。其粉体倍频信号强度是同尺寸（120μm）铌酸锂的1-2倍,且满足I型相位匹配。

本发明所述非线性光学材料铌酸铅锂为铁电体，具有铁电体所特有的电滞回线。

本发明所述非线性光学材料铌酸铅锂的粉体制备方法，采用固相法，步骤如下：

将原料按化学计量比混合。原料是含有各元素的碳酸盐、硝酸盐、有机盐或者氧化物。

高温烧结，温度在1150-1250℃，保温时间在2-10小时，升温速率不限，降温速率为2℃/min。