[发明专利]一种光功能晶体硼酸钙氧钬及其生长方法与应用

说明书

本发明涉及一种光功能晶体硼酸钙氧钬及其生长方法与应用，所述硼酸钙氧钬晶体的化学式为HoCa₄O(BO₃)₃，晶体具有非中心对称结构，属于单斜晶系，m点群，晶胞参数β＝101.28°，熔点在1358℃附近，室温到熔点没有相变。晶体生长方法包括多晶料的制备和提拉法晶体生长，可制得直径20‑40mm、长度20‑50mm的高品质硼酸钙氧钬晶体。所述HoCa₄O(BO₃)₃晶体在680‑1080nm,1220‑1800nm,2120‑2850nm波段具有80‑85％的光学透过率，可用作激光晶体、非线性光学晶体或自倍频晶体。

技术领域

本发明涉及一种光功能晶体硼酸钙氧钬及其生长方法与应用，属于晶体生长技术及应用领域。

背景技术

稀土钙氧硼酸盐晶体(ReCa₄O(BO₃)₃，ReCOB，Re：稀土元素)属于双轴晶，单斜晶系，点群m，空间群Cm，具有非中心对称结构；该类晶体各项物理、化学性能稳定，可应用在激光领域，结合其自身的非线性光学效应，也可以用作激光自倍频晶体。1996年，法国的Aka等人对GdCOB晶体的折射率及其在1.2μm处的有效非线性系数作了报道；1997年，日本的Iwai等人对YCOB、GdCOB的生长和光学性质进行了系统研究；2001年，Adams等人初次报道了LaCOB晶体的提拉法生长，并对其非线性系数进行了评估；2000年，Zhang首次报道了SmCOB晶体的提拉法生长和光学性质，并拟合了折射率色散方程；2010年，Yu等人报道了NdCOB晶体的生长、热学和压电性质，同年Zhang等人研究了它的光学特性；2013年Yu等人首次报道PrCOB晶体的结构，并对其热膨胀和热导率进行了详细研究。近几年中科院上海硅酸盐所和山东大学晶体所均制备出直径大于100mm的YCOB晶体，并成功应用于OPCPA系统上。2.8-3μm中红外激光波段位于水的强吸收带，可用于生物医疗，以及光参量设备的泵浦源，以实现3-15μm的中远红外激光输出，在光电对抗、环境监测等领域有重要用途。纵观稀土钙氧硼酸盐晶体的发展历史，更新稀土元素种类，得到更大尺寸单晶是该类晶体的重要发展方向。

中国专利文献CN103422172B公开了一种高性能光电功能晶体硼酸钙氧铥晶体及其生长与应用。所述硼酸钙氧铥晶体，化学式为TmCa₄O(BO₃)₃，晶体具有非中心对称结构，属于单斜晶系m点群，晶胞参数β＝101.12°，熔点1460℃，室温到熔点没有相变，该稀土钙氧硼酸盐晶体受激发射截面小，激光上能级³F₄寿命较短，不利于实现粒子数的反转、调Q激光输出等。另外，Tm³⁺的输出波长为1.9μm附近，大气透过性能差，在近红外以及中远红外波段吸收峰多，透过率低，使该晶体在在非线性光学领域的应用受到限制。

因此，有必要研发一种光学透过率更高、在激光及非线性光学领域应用更广的稀土钙氧硼酸盐晶体。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种光功能晶体硼酸钙氧钬及其生长方法与应用。

本发明的光功能晶体硼酸钙氧钬为具有非中心结构特点的HoCa₄O(BO₃)₃,具有高光学透过率，在熔点之前无相变，且Ho元素无变价现象。

晶体定向原则：

光学主轴方向：结晶学轴(a，b，c)与光学主轴(X，Y，Z)的夹角为(a，Z)＝26.91°，(c，X)＝15.63°；结晶学轴b与光学主轴Y反向，光学主轴X，Y，Z遵循右手螺旋法则。

为了达到以上目的，本发明是通过如下技术方案实现的：