[发明专利]新型非线性光学晶体铌磷酸镁

说明书

本发明涉及新型的光电功能材料，尤其是涉及一种全新的非线性光学晶体铌磷酸镁(分子式为Mg₂Nb₄P₂O₁₇，简称为MNP)。所谓晶体的非线性效应是指这样一种效应：当一种激光按一定的偏振方向和入射方向通过一块非线性光学晶体(如MNP)时，该激光束的频率将发生变化。

图1示出这一效应的典型示意图。

目前，在可见光非线性材料领域有两个比较突出的晶体，磷酸钛氧钾(KTiOPO₄，简称KTP)、铌酸锂(LiNbO₃，简称LN)。磷酸钛氧钾(I.Tordjman et al，Zeit.fur.Krist.139(1974)103)的非线性效应来源于畸变的TiO₆基团，它突出的优点是非线性光学系数大，比磷酸二氢钾(KH₂PO₄，简称KDP)高一个数量级以上，抗光能力与KDP相当，倍频效率高，硬度大，不潮解。但它的非线性光学系数还不够很大，比本发明铌磷酸镁的非线性光学系数稍微小一些。铌酸锂(G.D.Boyd，R.C.Miller，K.Nassau，W.L.Bond and A.Sarage，Appl.Phys.Lett.，4，234(1964))的非线性光学系数虽大，但是它易于光损伤。本发明MNP，其晶体由NbO₆基团和PO₄基团连接而成，一方面它的分子式内的畸变基团NbO₆密度比较高，另一方面由于其结构类似于磷酸钛氧钾，晶体由NbO₆基团和PO₄基团连接而成，因此它又有较高的抗光损伤能力，所以铌磷酸镁MNP性质较好。

本发明的目的就在于研制一种新的光学晶体，它能克服磷酸钛氧钾(KTiOPO₄，简称KTP)、铌酸锂(LiNbO₃，简称LN)两种晶体所存在的上述缺点。

MNP化合物是通过下列固相反应合成的：

   具体合成工艺见实施例1。

在用固相反应合成出MNP多晶样品后，经过粉末倍频效应测量，确认此化合物具有1至2倍的KTP的粉末倍频效应。我们选择熔盐法进行晶体生长，采用KF、PbF₂作助熔剂，铂坩锅作容器，用电阻炉加热，用DWK-702单机控温，已成功地生长出MNP单晶。  

经过单晶结构的测量，这种新化合物的空间群为：S₄²，体积为931(埃)单胞参数a＝15.60(埃)，c＝3.827(埃)，c/a＝0.244，硬度为7Morse(硬度单位)，熔点高于1300℃，在空气中不潮解，并有良好的机械性能。

由于MNP的发明，对铌酸锂(LiNbO₃)而言，它克服了铌酸锂易于光折变的缺点，同时对于磷酸钛氧钾而言，MNP有较好的非线性光学系数，单位体积内能产生非线性光学效应的基团数目比磷酸钛氧钾多一倍，所以MNP晶体的倍频系数比磷酸钛氧钾大。可以预测，MNP将部分取代铌酸锂、磷酸钛氧钾而在各种非线性光学领域(如电光器件、热释电器件、谐波发生器件、光参量和光放大器件、光波导器件等)中获得广泛的应用。

现对附图说明如下：

图1是MNP晶体作为倍频晶体应用时非线性光学效应的典型示意图，其中①是激光器，②、③是反光镜，④是半波长片，⑤⑥是透镜组，⑦是非线性光学晶体MNP，a、c是晶体结晶轴，θ是位相匹配角。③是色散棱镜，ω和2ω分别是基波和谐波的光频。

图2、3是的X射线衍射谱图，其中图2是固相合成MNP粉末样品的衍射图，图3是MNP单晶体研磨成粉末后的衍射图。

最后，我们举出三个实施该发明的典型方式：

实施例1，关于化合物MNP的合成，我们采用固态合成方法在高温下烧结而成，其化学反应方程式为：

用的化学试剂其纯度及生产厂家是：Mg(OH)₂·(MgCO₃)₄·5H₂O