一種有機胺磷酸鹽非線性光學晶體[C₆H₉N₃O₂][HPO₄]的製作方法

2023-08-02 04:56:01

專利名稱：一種有機胺磷酸鹽非線性光學晶體[C6H9N3O2][HPO4]的製作方法
技術領域：
本發明涉及光電子功能材料技術領域中的光學和人工晶體材料領域，尤其是涉及 一種作為雷射調製工作物質中的非線性光學晶體材料。
背景技術：
利用具有不同非線性光學效應的材料可以製造出諸如調製、開關、存儲和限幅等 各種光信息處理的重要元器件。非線性光學(NLO)功能晶體被廣泛應用在雷射與光電子技 術領域，如光纖通信、光存儲、雷射加工、雷射醫療、雷射武器、雷射核聚變等技術領域。目 前，從紫外到近紅外波段已有優良的NLO晶體材料(磷酸二氫鉀KDP、偏硼酸鋇ΒΒ0、三硼 酸鋰LB0、磷酸鈦氧鉀KTP、鈮酸鋰LN、鉭酸鉀KT、鈮酸鍶鋇BSN等)可供選擇應用和開發。 無機晶體是人們最早研究和使用的一類非線性光學材料，雖然這些材料的晶體生長技術已 日趨成熟，但仍存在著明顯的不足之處如價格昂貴，易於損傷，而且只能用單晶材料工作， 難以實現光學集成。有機非線性光學材料雖然有很大的非線性係數，但有機材料的熱穩定 性低、可重複性差和光傳播損耗大等問題仍未能完全解決。近年來興起的無機_有機雜化 非線性光學材料突破了傳統無機、有機材料的界限，它們不僅兼具有機、無機材料的性能優 勢，同時由於無機網絡的形成，也提高了有機分子和材料非線性性能的熱穩定性，從而實現 了功能複合和協同優化。錢國棟等發明了一種雙點鍵連型無機_有機雜化非線性光學材料 (專利公開號CN1887937)，有望在電光調製器件中得到實際應用。

發明內容
本發明的目的在於公開一種新型無機_有機雜化非線性光學晶體4-硝基鄰苯二 胺磷酸鹽。其分子式為[C6H9N3O2] [HPO4]，屬於單斜晶系，空間群為Pn，具有非中心對稱結構。4-硝基鄰苯二胺磷酸鹽可用液相反應得到，合成的化學反應如下C6H7N3O^H3PO4 — [C6H9N3O2] [HPO4]所用的原料純度及廠家如下 合成的條件如下用分析純4-硝基鄰苯二胺和磷酸做為原料，按摩爾比為1 5 10，以等體積比 的無水乙醇和蒸餾水做溶劑，將反應物在室溫攪拌均勻、充分反應、過濾，在室溫靜置，通過溶劑緩慢蒸發生長大尺寸單晶。生長條件如下晶體生長的工藝參數為生長溫度在15°C 25°C，溶劑緩慢蒸發50天。典型的生 長過程見實施例。將生長出的4-硝基鄰苯二胺磷酸鹽[C6H9N3O2] [HPO4]晶體，在單晶衍射儀上進行 衍射數據的收集，結構分析表明，[C6H9N3O2] [HPO4]屬於單斜晶系，空間群為Pn，單胞參數為 a = 4. 7017(9) A，b = 17. 777(4) A,c = 6. 1954(12) Α, α = y = 90. 000，β = 104. 37(3)， V = 501. 62(19) A3。將生長出的4-硝基鄰苯二胺磷酸鹽[C6H9N3O2] [HPO4]晶體，進行倍頻係數、紅外光 譜、X射線粉末衍射分析、差熱和熱重等分析測試，結果表明[C6H9N302] [HPO4]晶體的有效 倍頻係數為KDP晶體的2/3。晶體在200°C分解，在200°C以下沒有相變。


圖1是4-硝基鄰苯二胺磷酸鹽[C6H9N3O2] [HPO4]的晶體結構單元；圖2是非線性 光學晶體[C6H9N3O2] [HPO4]用於1·06μπι波長雷射的頻率轉換示意圖，其中1是全反射鏡，2 是調Q晶體，3是偏振片，4是YAG棒，5是輸出耦合鏡，6是準直鏡，7是[C6H9N3O2] [HPO4]晶 體，8是衰減片，9是波長為1.06 μ m的雷射，10是經過[C6H9N3O2] [HPO4]晶體倍頻轉換產生 的0. 532 μ m的雷射。
具體實施例方式實現本發明的具體實施方式
優選方案1 :將0. 3051g 4-硝基鄰苯二胺溶於盛有15ml無水乙醇和15ml蒸餾水混合溶劑的 IOOml燒杯中，再加入1. 34ml磷酸，攪拌0. 5h使其溶解，過濾，濾液室溫放置50天析出無色 片狀晶體，即本發明4-硝基鄰苯二胺磷酸鹽[C6H9N3O2HHPO4]的晶體。用乙酸乙酯洗滌後 在室溫下乾燥。在IOOml燒杯中可生長出30.0X5.0X0. 5mm3無色透明片狀晶體，生長出 的晶體光學均勻性好。X射線粉末衍射分析結果證明了晶體的高純度。實現本發明的具體實施方式
優選方案2 參照圖2，首先用He-Ne雷射為光源，調整各個元件使其全部在同一軸線上，調整 雷射諧振腔前後兩個腔片，使其平行；然後放入調Q晶體2在光路中，開通電源，再微調全反 射鏡端，由全反射1、調Q晶體2、偏振片3、YAG棒4和輸出耦合鏡5構成一個雷射諧振腔為 雷射震蕩器，所產生的雷射通過準直鏡6，輸出即得到發散角小於1毫弧度、波長為1. 06 μ m 的紅外雷射9 ；再將[C6H9N3O2] [HPO4]的晶體7放在倍頻晶體架內，則可輸出0. 53 μ m的綠 光10到衰減片8，觀察到較強的綠光倍頻效應，其SHG效應為KDP晶體的2/3。
權利要求
一種新型非線性光學晶體4 硝基鄰苯二胺磷酸鹽，其特徵在於該晶體的分子式為[C6H9N3O2][HPO4]，屬於單斜晶系，空間群為Pn，單胞參數為a＝4.7017(9)b＝17.777(4)c＝6.1954(12)α＝γ＝90.000，β＝104.37(3)，V＝501.62(19)F200910146847XC0000011.tif,F200910146847XC0000012.tif,F200910146847XC0000013.tif,F200910146847XC0000014.tif
2.如權利要求1所述的4-硝基鄰苯二胺磷酸鹽非線性光學晶體的製備方法，其特徵在 於將2mmol 4-硝基鄰苯二胺溶於15ml無水乙醇和15ml蒸餾水組成的混合溶劑中，再加 入20mmol磷酸，攪拌0. 5h使其溶解，過濾，濾液室溫放置50天析出無色片狀晶體。
3.如權利要求1所述的非線性光學晶體的生長方法，其特徵在於該晶體採用液相反 應。生長條件以等體積比的無水乙醇和蒸餾水做溶劑，將反應物在室溫攪拌均勻、過濾，在 室溫靜置，通過溶劑緩慢蒸發生長出大尺寸單晶。
4.如權利要求1所述的非線性光學晶體的用途，其特徵在於用該晶體製造出各種光 學器件，可改變雷射的波長，應用於非線性光學領域。
全文摘要
本發明涉及一種新型非線性光學晶體4-硝基鄰苯二胺磷酸鹽，屬於光學和人工晶體材料領域。它的分子式為[C6H9N3O2][HPO4]，屬於單斜晶系，空間群為Pn，單胞參數為a＝4.7017(9)，b＝17.777(4)，c＝6.1954(12)，α＝γ＝90.000，β＝104.37(3)，V＝501.62(19)。晶體無色透明，在水中不穩定，析出紅色C6H9N3O2。用分析純4-硝基鄰苯二胺和磷酸做為原料，按摩爾比為1∶5～10，以等體積比的無水乙醇和蒸餾水做溶劑，將反應物在室溫攪拌均勻、充分反應、過濾，在室溫靜置，通過溶劑緩慢蒸發可生長出大尺寸單晶。本發明製備方法簡單，製得的材料具有良好的非線性光學性能，該晶體可應用於非線性光學領域，豐富了非線性光學材料的研究內容。
文檔編號C07C209/68GK101921196SQ20091014684
公開日2010年12月22日 申請日期2009年6月10日 優先權日2009年6月10日
發明者吳淑莉, 梁雲霄, 江曉, 邵志東 申請人:寧波大學