[发明专利]非线性光学晶体硼酸铝氧钡

说明书

本发明涉及一种新型光电子功能材料，特别是涉及一种新型的非线性光学材料，具体地说，涉及到一种全新的非线性光学晶体硼酸铝氧钡[分子式：BaAl₂O(BO₃)₂，简称BABO]。所谓晶体的非线性光学效应是指这样一种效应：当一束具有某种偏振方向的激光按一定入射方向通过一块非线性光学晶体如BABO时，该光束的频率将发生变化。图1示出了这一效应的典型示意图。

目前，能产生深紫外直接倍频输出的非线性光学晶体只有KBe₂BO₃F₂(KBBF),Sr₂Ba₂B₂O₇(SBBO)两种。这两种晶体均是中国科学院福建物质结构研究所陈创天课题组发明和发展起来的。

KBBF晶体是由平面三角型的(BO₃)基团与由面体的(BeO₃F)基团组成，(BO₃)基团的三个氧原子与Be原子相连，形成二维无限网络，K⁺离子处于层状网络之间，层与层之间依靠静电作用力互相连接。晶体的非线性光学效应主要是由(BO₃)基团产生，(BO₃)基团在晶格中呈现平面状排列，相互平行并垂直于晶体的C轴。KBBF晶体具有优秀的非线性光学性质，此晶体在紫外区的吸收边为155nm，双折射率为0.07左右，相匹配范围可扩展至177.3nm(Nd:YAG激光的六倍频)。但是由于KBBF晶体的层状习性太严重，使得晶体生长十分困难，同时该晶体类似于云母，(0001)面解理十分严重，造成晶体的机械性能非常差，这些都给KBBF晶体的实际应用带来很大困难。

从KBBF的层状晶体结构可以看到，其层与层之间是以静电力相互吸引，作用力较弱，这是造成KBBF晶体层状习性和不良机械性能的原因。显然若能使层与层之间利用共价键相互连接，就能增强层与层之间的相互作用力，必将改善KBBF层状习性。

由于晶体非线性光学效应只与(BO₃)基团有关，与(BeO₃F)基团无关。所以可设想变更(BeO₃F)基团来达到上述的目的。于是我们把(BeO₃F)基团中的F原子换成O原子，使O原子作为层与层之间的桥连。基于这些考虑，我们进一步发展出另一种新型非线性光学晶体硼铍酸锶[分子式Sr₂Be₂B₂O₇简称SBBO，详见CN1110335A文件]，SBBO基本保持了KBBF的网络结构，也就是(BO₃)基团形成平面结构，它的三个氧原子与四面体(BeO₄)基团中的铍原子相连，互相组成一个平面网络(B₂Be₂O₆)_∞，两个平面之间是由(BeO₄)基团中不在网络平面上的氧桥相互联结，这种结构基本上满足了我们的设计要求。SBBO具有较大的倍频效应，紫外吸收边达到150-160nm，双折射为0.06左右。可以产生波长短于200nm的直接倍频波输出。并且由于改善了层状习性，晶体的机械性能有明显改善。

SBBO研制成功后，我们发现，由于目前还不理解的原因，这种晶体中不在平面网络中的氧原子位易于形成缺陷位，从而使晶体的光学均匀性较差并造成晶体的吸收边红移。这对此晶体的实际应用带来很大的困难。同时在合成此化合物过程中，要使用剧毒BeO试剂，这给环境保护也带来较多的问题。为了克服SBBO晶体的上述困难，我们继续寻找与SBBO类似结构的非线性光学晶体。使它既保持SBBO的优点，同时又克服晶格中氧原子缺陷和制备中使用剧毒试剂的缺点。