[发明专利]一种红外非线性光学晶体混卤素铋酸钾及制备方法与应用

说明书

本发明涉及一种红外非线性光学晶体混卤素铋酸钾及其制备与应用，该晶体材料的化学式为K₅BiF₅I₃，属于正交晶系，空间群为Amm2，晶胞参数为α＝β＝γ＝90°，Z＝2，该光学晶体通过溶剂热法制备得到，可用于激光频率转化器中。与现有技术相比，本发明涉及的光学晶体具有较大的倍频效应，约为KH₂PO₄(KDP)晶体的5.0倍。此外，该光学晶体在可见光和红外区有很宽的透过范围，完全透过波段为0.35～16μm，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技术领域，具体涉及一种红外非线性光学晶体混卤素铋酸钾及制备方法与应用。

背景技术

二阶非线性光学晶体材料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。依据透光波段和适用范围，无机非线性光学晶体材料可以分为紫外光区非线性光学材料、可见光区非线性光学材料和红外光区非线性光学材料。目前商业化的紫外和可见光区的非线性光学材料有BBO(β-偏硼酸钡)、LBO(硼酸锂)、KDP(磷酸二氢钾)、KTP(磷酸钛氧钾)等，基本可以满足市场需求。但对于红外区非线性光学材料而言，离实际应用有差距。原因在于现有的红外非线性光学材料，如AgGaS₂、AgGaSe₂等，虽然具有较大的倍频强度，较宽的红外透过范围，但是合成条件苛刻，不易长成大的光学质量高的单晶，特别是激光损伤阈值较低，因而不能满足非线性光学晶体的实用化要求。因而此类材料的研究已成为当前非线性光学材料领域的一个重要方向。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种稳定性好且制备方便的红外非线性光学晶体混卤素铋酸钾及制备方法与应用。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种红外非线性光学晶体混卤素铋酸钾，该光学晶体的化学式为K₅BiF₅I₃，且所述光学晶体为正交晶系，其空间群为Amm2，所述光学晶体的晶胞参数为α＝β＝γ＝90°，Z＝2。具体的晶型结构如下：[BiKF₄I₄]基团和[KI₄]基团以共点和共边的连接方式形成二维网络结构。两种基团有略微畸变，并且畸变的方向基本一致，从而有利于微观二阶非线性光学效应的几何叠加。因此，该光学晶体具有较大的倍频效应，约为KDP晶体的5.0倍，实现相位匹配。此外，该光学晶体全透过范围是0.35～16μm，热失重温度为350℃。

优选的，所述的光学晶体的晶胞参数为Z＝2，晶胞体积为

一种如上所述红外非线性光学晶体混卤素铋酸钾的制备方法，包括以下步骤：将铋源、碘源、钾源、氟源、三氟乙酸和醇类溶剂混合形成初始凝胶混合物，然后晶化得到所述光学晶体。以三氟乙酸和醇类作为溶剂，高温高压下有利于反应物的溶解并反应，反应物以自组装的形式形成最终的二维网络结构。

优选的，所述的铋源、碘源、钾源、氟源、三氟乙酸和醇类溶剂中铋元素、碘元素、钾元素、氟元素、三氟乙酸和醇的摩尔比为(1～20)：(1～20)：(5～125)：(5～125)：(200～1000)：(200～1000)。反应产物的分子式为K₅BiF₅I₃，因此铋元素、碘元素、钾元素、氟元素的摩尔比基本是1:1:5:5，溶剂的摩尔比与铋元素摩尔比为1：200，制备过程中采用这样的摩尔比可以使得产物形成的晶型为正交型。

更优选的，所述的铋元素、碘元素、钾元素、氟元素、三氟乙酸和醇的摩尔比为(1～8)：(1～8)：(5～40)：(5～40)：(400～800)：(400～800)。