[发明专利]非线性光学晶体硼酸铍氧钡

说明书

本发明涉及一种新型光电子功能材料，具体地说是涉及一种新型的非线性光学材料，即硼酸铍氧钡，其分子式为Ba₂Be₂B₂O₇，简称为TBO。

目前，在非线性光学材料领域中，已经得到普遍应用的有：KDP系列，KTP(KTiOPO₄)和LiNbO₃系列，BBO(β-BaB₂O₄)，LBO(LiB₃O₅)等等，能够直接产生深紫外倍频波输出的非线性光学晶体有KBBF(KBe₂BO₃F₂)和SBBO(Sr₂Be₂B₂O₇)等，其中BBO，LBO，KBBF，SBBO等均是由中国科学院福建物质结构研究所发明和发展起来的。

BBO和LBO是两种非线性光学性能优异的晶体并已经得到了广泛应用，但是BBO中的阴离子基团是(B₃O₆)^3-，此种基团具有较大局域化范围的共轭π轨道，使其吸收边红移，限制了该晶体不能实现深紫外区的倍频波输出。LBO中的(B₃O₇)^5-基团是相互连接的，消除了悬挂键，从而使其吸收边紫移，但其双折射率太小，限制了它的相匹配范围，同样也不能实现深紫外区的倍频波输出。

KBBF(Chuangtian Chen，Zuyan Xu，et al.Appl.Phys Lett.68(21)，2930～2932.1996.L.Mei，X.Huang，Y.Wang，et al.Zeitschrift fur Kristallographie 210，93～95.1995.)的晶体结构是由平面三角形状的(BO₃)基团，四面体状的(BeO₃F)及阳离子K⁺所组成，(BO₃)基团的三个终端氧与Be相联，在空间中形成无限二维网络结构，层与层之间以静电引力相互作用，K离子处于层状网络之间。KBBF的倍频效应从微观上来说主要来自于(BO₃)基团，(BO₃)基团沿着垂直于晶体的c轴方向平行排列，十分整齐，而且其终端氧与Be相连接，消除了悬挂键，其吸收边可以紫移至150～160nm，使其不仅能够实现Nd：YAG激光的五倍频输出，而且还可以实现六倍频输出，但是KBBF是一种层状结构的晶体，层与层之间是靠微弱的静电力相互吸引而结合的，使得该晶体在生长过程中碰到了极大的困难，因此尚未得到普遍应用。

SBBO(Chuangtian Chen，Yebin Wang，et al.NATURE，VOL 373，322～324，1995)晶体基本上保持了KBBF的网络结构，平面三角形状的(BO₃)基团的终端氧与(BeO₄)四面体中的铍原子相连接，组成了(Be₂B₂O₆)_∞二维网络，两层之间由与铍原子相配位的桥氧连接，从而实现了层与层之间以共价键相互结合，大大加强了层与层之间的作用力，显著降低了KBBF的层状习性，SBBO晶体不仅保持了KBBF的优越非线性光学性能，而且具有较大的倍频系数，可以产生短于200nm的直接倍频波输出。

SBBO分子设计成功后，我们发现该晶体的光学均匀性较差并且难以通过控制晶体生长条件加以解决，而且在晶体生长过程中也遇到了较大的困难，为了克服SBBO这些不利条件，我们继续致力于探索与SBBO类似结构的非线性光学晶体，希望能够发现一种新材料，能够解决SBBO的光学均匀性问题。