[发明专利]一种无铍钠锶羟基硼酸盐深紫外二阶非线性光学晶体材料的制备及应用

说明书

本发明涉及一种无铍钠锶羟基硼酸盐深紫外二阶非线性光学晶体材料的制备及应用，该晶体材料的化学式为NaSr₃(OH)(B₉O₁₆)[B(OH)₄]，属于三方晶系，空间群为P31c，晶胞参数为α＝β＝90°，γ＝120°，Z＝2。与现有技术相比，本发明涉及的晶体材料具有较大的倍频效应，约为KH₂PO₄(KDP)晶体的3.20倍，BBO晶体的0.45倍。此外，该晶体材料具有较宽的透过范围，其紫外透过截止边小于190nm，在非线性光学、电光调制、光折变信息处理等领域具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及光学晶体材料技术领域，具体涉及一种二阶非线性光学晶体材料及其制备与应用。

背景技术

二阶非线性光学晶体的典型特征是具有倍频效应(SHG)，是一种重要的光电功能材料，在倍频器件、电光调制、全息存储元件等方面广泛应用。大量具有非心结构的金属硼酸盐具有优异的二阶非线性光学性能，吸引了国内外研究工作者的广泛兴趣。目前已在市场上广泛应用的非线性光学晶体包括LiB₃O₅(简写为LBO)，β-BaB₂O₄(简写为BBO)以及在深紫外区能实现倍频效应的KBe₂BO₃ F₂(简写为KBBF)等，其中KBBF晶体材料的最短输出波长可达到179.4nm。

然而目前这些材料的制备方法大多为高温固相合成，而且化合物的纯相难以制备，非线性光学系数也有待于进一步提高。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有合成方法上存在的缺陷，从而提供一种具有较大倍频效应、制备方法简单的二阶非线性光学晶体材料及其制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种二阶非线性光学晶体材料，所述晶体材料的化学式为NaSr₃(OH)(B₉O₁₆)[B(OH)₄]，该晶体材料为三方晶系，其空间群为P31c，所述晶体材料的晶胞参数为α＝β＝90°，γ＝120°，Z＝2。该晶体材料具有较大的倍频效应，约为KDP晶体的3.20倍、BBO晶体的0.45倍。此外，该晶体材料具有较宽的透过范围，其紫外透过截止边小于190nm，在非线性光学、电光调制、光折变信息处理等领域有广泛的应用前景。

优选地，所述晶体材料的晶胞参数为Z＝2，晶胞体积为

所述无机化合物NaSr₃(OH)(B₉O₁₆)[B(OH)₄]的晶体结构如下：每个B原子与3个O原子或4个O原子连接形成的BO₃三角平面或BO₄四面体结构，3个BO₃三角形和6个BO₄四面体通过共边和共顶点的方式形成B₉O₁₆簇，每个B₉O₁₆簇与相邻的六个相同B₉O₁₆簇连接，在(001)平面形成三维沸石状结构，Na离子和Sr离子填充在沸石结构的孔道中。三角平面的BO₃和扭曲的BO₄四面体的协同效应导致化合物大的二阶非线性效应。

根据本申请的另一方面，提供了所述晶体材料的制备方法，采用水热法制备，锶源、钠源、硼源、矿化剂和水混合形成初始凝胶混合物，水作为反应介质，常温下锶源、钠源和硼源在水中溶解度较低，高温高压下有利于上述三者所形成的凝胶化合物溶解并反应，于180～240℃下晶化得到材料，矿化剂不参与该反应，但是对晶体的形成有促进作用。