[发明专利]一种氟硼铝酸铯铷非线性光学晶体及其制备方法和用途

说明书

本发明提供了一种氟硼铝酸铯铷非线性光学晶体及其制备方法和用途，所述晶体的化学式为CsRbAl₂(B₃O₆)₂F₂，晶体的分子量为567.19，所述晶体的结构属于六方晶系，空间群为P‑62c，晶胞参数为a=b=6.9807Å，c=8.057Å，α=β=90°，γ=120°，单胞体积为340.02ų。所述晶体可采用提拉法或高温熔液法生长制备得到。本发明的晶体非线性光学性能接近KBBF，能够用于Nd：YAG（λ=1064 nm）激光器的逐级倍频产生短于200 nm的谐波光输出。此外，本发明的晶体为单晶结构，无色透明，热稳定性好，不采用剧毒原料合成，可在空气气氛中生长，晶体层状生长习性不显著。

技术领域

本发明涉及光电子功能材料技术领域，具体地说涉及一种氟硼铝酸铯铷非线性光学晶体及其制备方法和用途。

背景技术

基于非线性光学晶体的多级变频技术产生的紫外相干光具有效率高、结构简单紧凑、输出光束质量好、寿命长等优点，在激光光刻技术、激光精密加工、光电子能谱仪、激光光谱仪、激光Raman光谱仪等高技术领域和先进仪器制造业领域具有重要的应用前景。其中，适用于紫外/深紫外波段的非线性光学晶体材料是全固态激光光源的核心材料。近年来，新型的非线性光学晶体材料不断被发现，但能够满足商业化紫外激光输出的晶体材料却很少。对于性能优异的新型非线性晶体材料，其性能通常需要满足以下要求：1）有效非线性光学系数大于1倍KDP，即d_effd₃₆(KDP)=0.39 pm/V；2）宽的透光范围，并且紫外截止边低于200 nm；3）适中的双折射 (∆n ~ 0.08)；4）高的激光损伤阈值（ 1 GW/cm²）；5）容易生长大尺寸单晶，物理化学性能稳定，适宜加工等。目前唯一能够实际应用的深紫外非线性光学晶体KBe₂BO₃F₂ (KBBF)，满足上述1-4项要求，但其具有层状生长习性，难以获得大尺寸晶体，极大的限制了它的大规模生产和应用。此外，KBBF原料中含有剧毒的氧化铍，一定程度上也影响了它的工业化制备。因此，探索具有优良性能的新型深紫外非线性光学晶体是十分有必要的。

在之前的研究中，已有相关碱金属硼酸盐深紫外非线性晶体的研究，如“化合物氟硼酸铯和氟硼酸铯非线性光学晶体及制备方法和用途”（专利申请号201710215337.8），“化合物氟硼酸钠和氟硼酸钠双折射晶体及制备方法和用途”（专利申请号201610932882.4），“化合物氟硼酸铯铷和氟硼酸铯铷非线性光学晶体及制备方法和用途”（专利申请号201710845438.3），以及“化合物氟硼酸铯钾和氟硼酸铯钾非线性光学晶体及制备方法和用途”（专利申请号201710845730.5）等。本发明与上述研究的区别在于晶体结构中同时引入了B₃O₆基团和AlO₃F基团，并且不含B-F键，在热稳定性上比原有氟硼酸盐优异，熔点高（大于650℃）晶体稳定性好，能够在开放体系中合成和进行晶体生长。与另一前期相关专利“化合物氟硼铝酸铯和氟硼铝酸铯非线性光学晶体”（专利申请号201910688722.3）对比，本发明的化合物CsRbAl₂(B₃O₆)₂F₂属于六方晶系，空间群为P-62c，分子式和晶体结构完全不同。该化合物属于单轴晶，对称性高，在晶体加工上比双轴晶（如CsAlB₃O₆F）更容易，实际应用更有优势。此外，生长习性、生长工艺关键参数，晶体线性和非线性光学性能等均与前者不同。本发明化合物不属于已知化合物的简单同构替换。