[发明专利]红外非线性异金属硫代锑酸盐光学晶体及其制备与应用

说明书

本发明涉及一种红外非线性异金属硫代锑酸盐光学晶体及其制备与应用，该材料的化学式为M₂Ag₃Sb₃S₇，其制备时，将铷源或铯源与银源、锑源、硫源、离子液体及有机胺混合形成初始凝胶混合物，然后晶化即得所述红外非线性异金属硫代锑酸盐光学晶体；该材料可用于激光频率转化器中。与现有技术相比，本发明具有较大的倍频效应，为KH₂PO₄(KDP)晶体的2.3～2.6倍。此外，该晶体材料具有较宽的透过范围(0.6～20μm)，可以满足在中红外区两个大气窗口“3～5μm”和“8～12μm”的透过，在中红外区二阶非线性光学、电光调制、光折变信息处理等领域有广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及光学晶体材料技术领域，具体涉及一种红外非线性异金属硫代锑酸盐光学晶体及其制备与应用。

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、以及全息存储元件等方面广泛应用。大量具有非心结构的金属硫属化合物具有优异的红外区间内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。目前已在市场中广泛应用的中红外非线性光学晶体包括AgGaS₂,AgGaSe₂和ZnGeP₂。然而目前这些材料的制备大部分为高温固相合成，而且化合物的纯相难以制备，激光损伤阈值较低并且难以实现相位匹配，限制了它们的应用。

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热稳定性高、透过波段较宽的红外非线性异金属硫代锑酸盐光学晶体及其制备与应用。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种红外非线性异金属硫代锑酸盐光学晶体，该材料的化学式为M₂Ag₃Sb₃S₇，所述M为Rb或Cs，所述材料为正交晶系，其空间群为Cmc2₁。当M为Rb时，材料的晶胞参数为α＝β＝γ＝90°，Z＝4；当M为Cs时，材料的晶胞参数为α＝β＝γ＝90°，Z＝4。

优选的，当M为Rb时，Z＝4，晶胞体积为当M为Cs时，材料的晶胞参数为Z＝4，晶胞体积为

本发明的晶体材料具有二维的同构的晶体结构，每个Ag原子与3个S原子或4个S原子连接形成的AgS₃三角平面或AgS₄四面体结构，每个Sb原子与3个S原子形成三角锥结构，两个AgS₃三角形，一个AgS₄四面体以及一个SbS₃三角锥通过共边和共顶点的方式形成Ag₃SbS₅簇，三角平面AgS3和扭曲的AgS4以及三角锥SbS3的协同效应导致化合物的较大二阶非线性效应，每个Ag₃SbS₅簇通过一个五配位的S形成一个Ag₆Sb₂S₁₀柱，柱与柱之间通过Sb₂S₄链在bc面形成二维层状结构，Rb离子或者Cs离子游离在层与层中间并起到平衡价态的作用。因此本发明的材料具有较宽的透过范围(0.6～20μm)，可以满足在中红外区两个大气窗口“3～5μm”和“8～12μm”的透过，在中红外区二阶非线性光学、电光调制、光折变信息处理等领域有广泛的应用前景。

一种如上所述红外非线性异金属硫代锑酸盐光学晶体的制备方法，包括如下步骤：将铷源或铯源与银源、锑源、硫源、离子液体及有机胺混合形成初始凝胶混合物，然后晶化即得所述红外非线性异金属硫代锑酸盐光学晶体，离子液体作为一种室温熔融盐，具有可忽略的蒸气压和高的热稳定性等特点，可以作为溶剂溶解其他反应物，从而可以在较低温度下实现与其他反应物充分接触而增大反应速率，这将极大的节约能源，在绿色化学方面有着重要的作用。另外，有机胺用于保持初始凝胶混合物在碱性pH条件下。