[发明专利]碱式硼酸锌非线性光学晶体及其制备方法和用途

说明书

本发明涉及一种碱式硼酸锌非线性光学晶体及制备方法和用途，该晶体分子式为：Zn₂BO₄H，分子量为206.56，属于单斜晶系，空间群为P2₁，单胞参数为a=5.730(7)Å，b=4.952(4)Å，c=6.881(6)Å,β=99.09(5)°，Z=2，透光波段紫外吸收截止边在220 nm，采用封袋水热法制备碱式硼酸锌非线性光学晶体，该方法制备简单，生长周期短，所使用的起始原料无毒性，制备的碱式硼酸锌非线性光学晶体作为制备非线性光学器件，包括制作倍频发生器、上或下频率转换器和光参量振荡器。所述的用碱式硼酸锌非线性光学晶体制作的非线性器件包含将透过至少一束入射基波光产生至少一束频率不同于入射光的相干光。

技术领域

本发明涉及化学式为Zn₂BO₄H的碱式硼酸锌非线性光学晶体及制备方法和利用该单晶制作的光学器件。

背景技术

激光是一种方向性好，强度高的相干单色光源，广泛应用于军事、工业、医疗和科研的各个领域。受到激光晶体中激活离子种类的局限，固体激光器输出的激光波长大多集中在可见和近红外区。所以利用非线性光学晶体进行变频以获得宽调谐的各种激光光源已成为激光技术发展的前沿课题。在现代激光技术中，利用晶体的倍频效应、混频效应、可调谐光参量振荡和放大作用，可产生强的可调谐相干光输出。因此，人们正在利用这种途径来填补各类激光器件发射波长的空白光谱区。

在大量已经广泛应用的非线性光学晶体中，硼酸盐占有绝对的市场，而且对硼酸盐结构、性质和机理的研究也已进入到成熟阶段。目前主要非线性光学材料有：β-BBO(β-BaB₂O₄)晶体、LBO(LiB₃O₅)晶体、CBO(CsB₃O₅)晶体、CLBO(CsLiB₆O₁₀)晶体和KBBF(KBe₂BO₃F₂)晶体。虽然这些材料的单晶生长技术已日趋成熟，但仍存在着明显的不足之处：如晶体易潮解、生长周期长、层状生长习性严重及价格昂贵等。因此，寻找新的非线性光学晶体材料仍然是一个非常重要而艰巨的工作。

虽然化合物Zn₂BO₄H在1992年和2003年进行过报道(如中国专利Nos.92113403.7；Zhen-Tao Yu etc.,J.Mater.Chem.2003,13,2227-2233等)，但是这些报道未涉及到Zn₂BO₄H单晶的线性光学和非线性光学性能的测试研究以及其在非线性光学方面的应用。要测试一种晶体的基本物理性能(包括非线性光学性能)需要生长其单晶，至今尚未见到有关制备大小足以供物性测试用的Zn₂BO₄H单晶的报道，更无法在市场上购到该晶体，另外也没有关于Zn₂BO₄H单晶非线性光学性能测试结果的报告或将Zn₂BO₄H单晶用于制作非线性光学器件的报道。

发明内容

本发明的目的是，提供一种碱式硼酸锌非线性光学晶体，其分子式为Zn₂BO₄H，分子量为206.56，属于单斜晶系，空间群为P2₁，单胞参数为β＝99.09(5)°，Z＝2，透光波段紫外吸收截止边在200-220nm，其倍频效应为KDP(KH₂PO₄)的1.5倍。

本发明的另一目的是提供一种碱式硼酸锌非线性光学晶体的制备方法，利用用封袋水热法制备碱式硼酸锌非线性光学晶体。

本发明的又一目的是提供碱式硼酸锌非线性光学晶体的性能分析。