[发明专利]一种非线性光学晶体氟碳酸铍及其制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明涉及光学材料领域，尤其涉及一种非线性光学晶体氟碳酸铍及其制备方法和用途。

背景技术

非线性光学晶体材料是全固态激光技术的重要元件，可以通过频率转换的方式很好地扩展激光输出的光谱范围，使其能够跨越从深紫外到中红外乃至太赫兹的广阔区域，从而在国防、航天、军事及工业生产等各个方面都具有很大的应用潜力。迄今为止，商业实用的非线性光学材料已经覆盖了从紫外、可见到近红外(0.2-2微米)的光谱区域。

深紫外非线性光学晶体在深紫外全固态激光技术的实际应用中具有十分重要的作用。它通过多次倍频的方式，可以将实用激光器特定的波长激光(比如Nd:YAG激光器的1064纳米激光)，转化成深紫外光谱区域(小于200纳米)的谐波光。迄今为止，还没有性能优异的深紫外非线性光学材料被实用化。

在深紫外波段，氟代硼铍酸钾(KBe₂BO₃F₂,KBBF)展现了很好的深紫外谐波输出能力，其通过六倍频的方式成功将实用的Nd:YAG激光器的1064纳米的近红外激光转化为177.3纳米的深紫外激光，功率可达 200毫瓦，对深紫外全固态激光技术的发展和基础科学技术的研究产生了巨大的推动作用。KBBF晶体的结构是一层一层堆叠起来的，层与层之间镶嵌着K⁺阳离子，层与层之间的相互作用属于离子相互作用，没有方向性，因此层间容易出现滑移；同时，层与层之间距离较大，层间沿着垂直于层的方向相互作用较弱，因此层间结合不牢固，层状习性严重，难以生长出厚度较大的块体材料，迄今为止厚度超过4毫米且光学质量较高的晶体材料未见报道。其晶体结构如下，

尽管目前还有很多新的非线性光学材料被合成和发现，然而它们大都无法实现深紫外区域的相位匹配，因此无法实现有效的深紫外倍频输出，而且在性能上也并未超过KBBF。

发明内容

有鉴于此，本发明所要解决的技术问题在于提供了一种非线性光学晶体氟碳酸铍及其制备方法和用途，本发明提供的非线性光学晶体氟碳酸铍的最短输出波长小于155纳米，可以实现177.3纳米的深紫外相干光输出，输出能量可以达到瓦级，且可以长出更大尺寸的晶体材料。

本发明提供了一种非线性光学晶体氟碳酸铍，化学式为Be₂CO₃F₂。

优选的，所述氟碳酸铍晶体属于三方晶系，空间群为R32。

优选的，所述氟碳酸铍晶体的晶胞参数：a为b为c为α为90°，β为90°，γ为120°， z为3。

优选的，所述氟碳酸铍晶体的单胞体积V为

本发明还提供了一种非线性光学晶体氟碳酸铍的制备方法，包括：

将BeO和氟源在CO₂气氛中反应，得到氟碳酸铍；

所述氟源为HF或BeF₂。

优选的，所述反应中，二氧化碳气氛的压力为1.2～1.5个大气压。

优选的，所述反应的温度为700～1000℃。

本发明还提供了一种激光频率转换器件，所述激光频率转换器件中的光学晶体为本发明所述的氟碳酸铍。

优选的，所述激光频率转换器件为倍频激光频率转换器件、三倍频激光频率转换器件、四倍频激光频率转换器件、五倍频激光频率转换器件或六倍频激光频率转换器件。

优选的，所述激光频率转换器件为深紫外区的谐波发生器或深紫外区的光参量器件。