紅外非線性光學單晶體硫鎵錫的製作方法
2023-04-25 17:42:46
專利名稱：紅外非線性光學單晶體硫鎵錫的製作方法
技術領域：
本發明屬於紅外非線性光學晶體材料及其製備。
背景技術：
非線性光學晶體材料，我們可以主要將其分為三大類:一、紫外及深紫外波段非線性光學材料；二、可見光及近紅外波段非線性光學材料；三、紅外及中遠紅外非線性光學材料。本發明的工作主要關注於紅外及中遠紅外非線性光學材料，該材料在民用和軍事方面有廣泛的潛在用途，如雷射器件、紅外波段雷射倍頻、紅外雷射雷達、雷射通訊、紅外濾光器件、光電對抗等。目前為止，2 20pm的中遠紅外波段雷射的產生主要是基於非線性光學原理及紅外非線性光學晶體變頻技術而得到的。市場上，常用的紅外非線性光學晶體主要有AgGaS2, AgGaSe2, ZnGeP2等。這些晶體都已在民用生產生活高科技領域和軍事裝備中得到作用，但是這些晶體材料也有自身的缺點，在綜合性能上還無法達到人們理想的要求，隨著技術的發展與要求的提高，需要性能更加優異的紅外非線性晶體，故，對於新型中遠紅外非線性晶體的探索，在民用高科技產業和提升軍事裝備都具有重要的戰略意義，也是晶體材料合成與生長的一種挑戰。
發明內容
本發明的目的之一在於製備硫鎵錫單晶。本發明的目的之二在於製備硫鎵錫粉末。本發明制 備的硫鎵錫單晶體，其化學式為SnGa4S7，分子量為622.08，屬於單斜晶系，空間群 Pc，單胞參數為 a=7.2584(9) A, b=6.3580(7) A, c=12.4198(19)A, a = y =90°，￠=106.496(8)°，V=549.57 (13) A3，Z=2。該晶體結構中，錫原子，鎵原子和硫原子的化合價分別為+2，+3和-2。鎵原子與最近鄰的四個硫原子形成[GaS4]5_四面體，且[GaS4]5-四面體共頂點連接形成三維網絡結構，二價的Sn原子處於多面體形成的三維框架空位中。粉末紅外倍頻實驗表明，硫鎵錫晶體具有優秀的紅外非線性光學性能，實驗測定其粉末(粒度90-109 u m) SHG強度約為相應粒度AgGaS2的1.1倍並且滿足I類相位匹配。硫鎵錫作為一種具有非線性光學效應的極性晶體，預期在中遠紅外波段雷射倍頻、雷射器件等高科技領域中，具有重要的應用價值。
:圖1.硫鎵錫晶體的沿b軸方向的結構圖。圖2.硫鎵錫的純相粉末圖；實驗值與理論值吻合，說明得到的粉末樣品為純相。圖3.硫鎵錫SHG強度比較圖，在實驗測定其粉末(粒度90-109 iim)SHG強度約為相應粒度AgGaS2的1.1倍。
圖4.硫鎵錫I類相位匹配圖；從圖中可以看出，硫鎵錫是I類相位匹配的。
具體實施例方式實施例1硫嫁錫單晶體製備。按Sn: Ga: S元素摩爾比為1:4:7，稱取Sn，Ga與S混合均勻，首先放入石墨坩堝，再裝入石英管中，對石英管抽真空後封口，放於高溫爐中於600° C反應數小時，再於900° C恆溫數十小時，最後緩慢降至室溫，坩堝內有較多紅色塊狀晶體。通過單晶X射線衍射分析，表明該化合物為硫鎵錫，晶體參數如上所述，結構如附圖1所示。實施例2硫嫁錫多晶粉末製備按Sn: Ga: S元素摩爾比為1:4:7，稱取Sn，Ga與S混合均勻，首先放入石墨坩堝，再裝入石英管中，對石英管抽真空後封口，置於高溫爐中於900 ° C恆溫數十小時，再緩慢降至室溫，獲得紅色多晶粉末 。
權利要求
1.硫鎵錫紅外非線性光學單晶體，其化學式為SnGa4S7，分子量為622.08，屬單斜晶系，空間群 Pc，單胞參數為 a=7.2584(9) A, b=6.3580(7) A, c=12.4198(19) A, a = y =90°，β =106.496(8) °，V=549.57 (13) A3, Z=20
2.—種權利要求1所述的硫鎵錫單晶體的製備方法，包括如下步驟:以Sn，Ga與S為原料，按Sn: Ga: S元素摩爾比為1:4:7，置於石墨坩堝並裝入石英管中，先抽真空，然後用氫氧焰槍封管，在馬弗爐中，用四十五小時使溫度達到900° C，並且在900° C恆溫四十小時，然後以一定速率降至室溫，獲得塊狀紅色晶體。
3.—種權利要求1所述的單晶體用於製備紅外波段雷射變頻晶體器件、遠程傳感器件或紅外雷射制導器件 。
全文摘要
本發明公開紅外非線性光學單晶體硫鎵錫、其合成及應用。該單晶體分子式SnGa4S7，分子量為622.08, 屬於單斜晶系，空間群Pc，單胞參數為a=7.2584(9) , b=6.3580(7) , c=12.4198(19) ,α=γ=90°, β=106.496(8)°, V=549.57(13) 3，Z=2。採用真空密封石英管及石墨坩堝高溫反應法製備。硫鎵錫晶體具有優秀的紅外非線性光學性能，實驗測定其粉末(粒度90-109μm)SHG強度約為相應粒度AgGaS2的1.1倍並且滿足I類相位匹配。
文檔編號C30B1/10GK103194799SQ20131010029
公開日2013年7月10日 申請日期2013年3月27日 優先權日2013年3月27日
發明者羅中箴, 李元兵, 林晨升, 程文旦, 張煒龍, 張 浩 申請人:中國科學院福建物質結構研究所