[发明专利]一种二阶非线性光学材料磷铝酸盐及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种二阶非线性光学材料磷铝酸盐及其制备方法和应用，该磷铝酸盐是通过低温水热合成法，将磷酸盐和铝酸盐在强碱、氟化钠以及硼酸的条件下，200‑240℃下反应12‑48h，最终获得该磷铝酸盐。本发明通过低温水热合成法将磷酸盐和铝酸盐复合，得到结构新型且结晶于非心空间群的磷铝酸盐，该磷铝酸盐具有优异的二阶非线性光学性能，其粉末二阶非线性光学效应约为0.12倍的KH₂PO₄(KDP)，紫外吸收截止边约为380nm。

技术领域

本发明属于二阶非线性光学材料技术领域，具体涉及一种二阶非线性光学材料磷铝酸盐及其制备方法和应用。

背景技术

非线性光学(Nonlinear Optics,NLO)主要是研究在强光作用下物质的响应与场强呈现的非线性关系的科学，主要包括倍频、混频、高次谐波发生和光的参量振荡与放大等。到目前为止，在能源、信息、医疗、科研、军事和工业制造等领域，例如激光投影电视，激光致盲武器，潜艇深水通讯，光盘记录，非线性光学与激光技术相互结合已经得到了相当广泛的开发和应用。目前实际应用的二阶非线性光学晶体主要有LiB₃O₅(LBO),BaB₂O₄(BBO)，KH₂PO₄(KDP)，KTiOPO₄(KTP)，BaTiO₃(BTO)和LiNbO₃(LNO)等。根据应用波段的不同，二阶非线性光学材料主要包括红外材料、可见到红外区材料和紫外材料三种，其中红外材料一般选用的是半导体材料；可见到红外区材料一般用碘酸盐、铌酸盐；紫外材料一般选用硼酸盐晶体。无机非线性光学材料通常比较稳定，多数允许各向异性离子交换，使之可用于导波器材料，并且它们都有比有机材料纯度更高的晶体形式。在应用方面，无机类材料一直处于主要地位。随着科学研究的不断深入，新一类深紫外区的二阶非线性光学晶体材料获得了很大的突破，像磷酸盐中的Ba₅P₆O₂₀,RbNaMgP₂O₇,Ba₁₁[Al(PO₄)₄](P₂O₇)(PO₄)₃,A₃Al₂(PO₄)₃(A＝Kand Rb)。基于文献的调研分析得出，磷酸盐晶体是一类潜在的深紫外区二阶非线性光学材料。但是，目前对这些无机二阶非线性光学晶体材料的合成多使用高成本低效率的高温固相法，因此，开发和设计一种能够解决上述问题的磷铝酸盐材料具有重要的现实意义。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种结构简单，设计合理的一种二阶非线性光学材料磷铝酸盐及其制备方法和应用。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种二阶非线性光学材料磷铝酸盐的制备方法，包括以下步骤：

步骤S1：将氢氧化钾、三氧化二铝、氟化钠、磷酸溶液以及硼酸依次溶解于去离子水中，搅拌下混合均匀，转移至聚四氟乙烯内衬，并以金属外套密封，形成反应釜；

步骤S2：将步骤S1中的反应釜置于反应炉中，加热后恒温反应，反应结束后关闭反应炉，自然冷却至室温；

步骤S3：取出步骤S2中自然冷却的内衬，将内衬中的固相混合物用沸水反复洗涤并干燥，最终获得该二阶非线性光学材料磷铝酸盐。

作为本发明的进一步优化方案，按摩尔量计，所述步骤S1中，每0.5mL去离子水中各反应物的添加量分别为1.0-1.3mmol的氢氧化钾、0.2-0.3mmol三氧化二铝、0.5-0.65mmol的氟化钠、0.15-0.25mmol质量分数为85％的磷酸溶液、3-3.5mmol的硼酸。