大尺寸水合硼酸鈉非線性光學晶體及其製備方法和用途的製作方法
2023-08-02 04:32:06 2
專利名稱：大尺寸水合硼酸鈉非線性光學晶體及其製備方法和用途的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種無機硼酸鹽非線性光學晶體，屬於無機化學領 域，也屬於晶體學領域、材料科學領域和光學領域。
背景技術：
非線性光學效應起源於雷射與介質的相互作用。當雷射在具有非 零二階極化率的介質中傳播時，會產生倍頻、和頻、差頻、光參量放 大等非線性光學效應。非線性光學晶體材料已經深入到雷射技術的各
個領域，現已成為雷射變頻、電光調製和光折變晶體記憶和存儲等技 術必不可少的晶體材料。正是由於非線性光學晶體材料有如此重要的
應用前景，因而國內外關於非線性光學晶體材料的研究一直非常活 躍。然而儘管如此，非線性光學晶體的綜合性能仍然存在諸多不足， 尋找和研究新型非線性光學晶體材料仍然是當前一個非常重要的工 作。
無機非線性光學晶體材料依據其透光波段和適用範圍，可分為紫 外光區非線性光學材料、可見光區非線性光學材料和紅外光區非線性 光學材料。長期以來，尋找具有優良性質的紫外非線性光學材料一直 是國內外科學家所關注的熱點。研究最早的紫外波段的頻率轉換晶體
是五硼酸鉀(KB508，4H20)晶體，雖然它的透過波段達真空紫外， 但因其倍頻係數甚小(僅為ADP晶體的1A0)，所以在應用上受到很 大限制。自20世紀70年代末至80年代，科學家們相繼發現了一系列具 有優良性能的紫外非線性光學晶體，如BBO (p-偏硼酸鋇)、LBO (硼 酸鋰)、KBBF (氟硼酸鈹鉀)等。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晶體易潮解、生長周期長、 層狀生長習性嚴重及價格昂貴等。因此，尋找新的非線性光學晶體材料仍然是一個非常重要的工作。
在雷射技術中，直接利用雷射晶體所能獲得的雷射波段有限，從 紫外到紅外光譜區，尚存有空白波段。使用非線性光學晶體，通過倍 頻、混頻、光參量振蕩等非線性光學效應，可將有限的雷射波長轉換 成新波段的雷射。利用這種技術可以填補各類雷射器件發射雷射波長 的空白光譜區，使雷射器得到更廣泛的應用。全固態雷射系統可以由 固體雷射器產生近紅外雷射再經非線性光學晶體進行頻率轉換來實 現，在雷射技術領域有巨大的應用前景和經濟價值。
雖然Na2BsOuH5化合物早在1975年已有相繼報導(如Corazza， E.; Menchetti， S. ; Sabelli， C. Cr-. 1975， W， 2405.等)，
但是這些報導尚未涉及到晶體線性、非線性性能的測試研究以及其在 非線性光學方面的應用。要測試一種晶體的基本物理性能(包括非線 性光學性能)需要該晶體的尺寸達數毫米甚至釐米級的單晶，至今尚 未見到有關製備大小足以供物性測試用的Na2Bs0nH5單晶的報導，更無 法在市場上購到該晶體，另外也沒有關於Na2BsOnH5單晶非線性光學性 能測試結果的報告或將Na2BsOnH5單晶用於製作非線性光學器件的報 道。
發明內容
本發明的目的是為了彌補各類雷射器發射雷射波長的空白光譜 區，從而提供一種具有釐米級大尺寸透明的水合硼酸鈉(Na2B50 H5) 非線性光學晶體；
本發明的另一目的是提供一種使用水溶液法操作簡便的製備大 尺寸水合硼酸鈉非線性光學晶體的製備方法；
本發明的又一目的是提供大尺寸水合硼酸鈉非線性光學晶體的 性能分析。
本發明的再一目的是提供大尺寸水合硼酸鈉非線性光學器件的 用途。
5本發明所要解決的問題是提供一種透光波段較寬，二階非線性光 學係數較大，能夠實現相位匹配，容易製備且穩定性較好的無機紫外 非線性光學晶體材料及其製備方法和用途。
本發明提供的技術方案是 一種無機紫外非線性光學晶體材料，
其分子式為Na2B50 H5,晶體空間群為屍na2！。
本發明所述的一種具有釐米級的大尺寸水合硼酸鈉非線性光學 晶體，該晶體分子式為Na2B50 H5，屬於正交晶系，空間群為屍na2p 分子量為281.07，單胞參數為a=11.967(2)A， b=6.5320(13)A, c=11.126(2)A，Z=4，透光波段紫外吸收截至邊在190nrn以下。
所述的大尺寸水合硼酸鈉非線性光學晶體的製備方法，採用水熱 法製備晶體，具體操作按下列步驟進行
a、 將NaOH、 Na2C03、 Na2B4CV 10H2O或Na20加入到體積為 25-100 mL的高壓反應釜的聚四氟乙烯內襯中，加入H3B03或B203， 再加入去離子水0.5-10 mL，將不完全溶解的混合物在30-6(TC下，置 於超聲波中處理60min，使其充分混合均勾；
b、 將步驟a中的混合溶液自然冷卻至室溫後，加入NaOH調節 pH值為8-11;
c、 將步驟b中混合溶液所在的聚四氟乙烯內襯蓋子旋緊，裝入 相應的高壓反應釜中，將反應釜活塞旋緊；
d、 將步驟c中的高壓反應釜放置在恆溫箱內。按20-6(TC/小時 的升溫速率升至170-200°C，恆溫3-15天，再以10-100。C/天的降溫 速率降至室溫；
e、 打開高壓反應釜，在粘稠的的溶液中獲得具有釐米級的大尺寸 水合硼酸鈉晶體。
步驟a中NaOH和H3B03的摩爾比為1:1-3; NaOH和B203的 摩爾比為1:0.5-2; Na2C03或Na20和H3B03的摩爾比為1:2-7;Na2C03或Na20和B203的摩爾比為1:1-4; Na2B4Or10H2O和H3B03 的摩爾比為1:1-2; Na2B4O7'10H2O和B203的摩爾比為1:0.5-2。
步驟c溶液放在乾淨、無汙染的高壓反應釜中。
所述的水合硼酸鈉非線性光學晶體作為製備倍頻發生器、上或 下頻率轉換器或光參量振蕩器的用途。
所述的水合硼酸鈉非線性光學晶體作為製備上或下頻率轉換 器、倍頻發生器或光參量振蕩器包含至少一束入射電磁輻射通過至 少一塊非線性光學晶體後產生至少一束頻率不同於入射電磁輻射 的輸出輻射的裝置。
本發明所述的水合硼酸鈉非線性光學晶體，該晶體的分子式為 Na2B50 H5,在紫外可見區域190-900nm範圍內仍有較高的透過，紫 外吸收截至邊在190nm以下，非線性光學效應約為KDP的2/3倍， 空間群為戶na2p此晶體製備簡單，生長周期短，所使用的起始原料 毒性低對人體毒害小。
本發明所用的方法為水熱法，即將起始原料按照一定比例混合 後，加入少量去離子水，放置在高壓反應釜中，通過一定溫度範圍內 的恆溫和降溫速率，可得到具有釐米級的透明的大尺寸水合硼酸鈉非 線性光學晶體。
製備Na2B50 H5化合物的化學反應式
(1) NaOH + H3B03 + H20~> Na2B5OuH5 + H20
(2) Na2C03 + H3B03 + H20 4 Na2B5OuH5 + C02T + H20 (3 ) Na2B407' 10H2O+ H3B03 + H204 Na2B5OuH5 + H20 (4) Na2B407.10H2O+ B203 + H20— Na2B5OuH5 + H20
(5 ) NaOH + B203 + H20 ~> Na2B5OuH5 + H20
(6) Na2C03 + B203 + H20 ~> Na^OnHs + C02T + H20
(7) Na20 + H3B03 + H20~>Na2B5OuH5 + H20 (8 ) Na20 + B203 + H20~> Na^OuHs + H20本發明中含NaOH、 Na2B4O7'10H2O、 Na2C03， Na20， H3B03和 B203等化合物可採用市售的試劑及原料，晶體極易長大且透明，具 有操作簡單，生長速度快，生長周期短，成本低，容易獲得大尺寸晶 體等優點。
本發明製備的水合硼酸鈉非線性光學晶體作為製備非線性光學 器件，包括製作倍頻發生器、上或下頻率轉換器和光參量振蕩器。所 述的用水合硼酸鈉非線性光學晶體製作的非線性器件包含將透過至 少一束入射基波光產生至少一束頻率不同於入射光的相干光。
所述水合硼酸鈉非線性光學晶體對光學加工精度無特殊要求。
圖1是Na2B50 H5的X-射線衍射圖譜； 圖2是Na^sOnHs的單晶照片；
圖3為本發明製作的非線性光學器件的工作原理圖，其中包括(1) 為雷射器，(2)為全聚透鏡，(3)為水合硼酸鈉非線性光學晶體，
(4)為分光稜鏡，(5)為濾波片，(D為折射光的頻率等於入射光 頻率或是入射光頻率的2倍。
具體實施方式
-
以下結合附圖和實施例對本發明進行詳細說明-實施例l:
以化學反應式NaOH + H3B03 + H20— Na^sOuHs + H20為例， 具體操作步驟如下
稱取摩爾比為1:1的NaOH固體及113803粉末，並將其混合在 25mL高壓反應釜的聚四氟乙烯內襯中，加入0.5mL去離子水，將不 完全溶解的物質在超聲波中，溫度3(TC處理60 min，使其充分混合 均勻；
然後將聚四氟乙烯內襯取出，自然冷卻至室溫，加入NaOH調節 pH值為9;
8壓緊聚四氟乙烯內襯蓋子，裝入到相應的乾淨、無汙染的不鏽鋼 高壓反應釜中，旋緊活塞；
將反應釜放入到恆溫箱中，以溫度3(TC/小時的升溫速率升至 180°C，恆溫6天，再以2(TC/天的降溫速率降至室溫；
打開反應釜，在粘稠的溶液中即可獲得生長良好的具有釐米級大 尺寸的水合硼酸鈉晶體。
實施例2:
以化學反應式Na2C03十H3B03 + H20 ~> Na^sOnHs + C(VT + H20為例，具體操作步驟依據實施例1進行；
稱取摩爾比為1:2的Na2C03固體及H3B03粉末，並將其混合在 40mL高壓反應釜的聚四氟乙烯內襯中，加入lmL去離子水，將不完 全溶解的物質在超聲波中，溫度4(TC處理60 min，使其充分混合均 勻；
然後將聚四氟乙烯內襯取出，自然冷卻至室溫，加入NaOH調節 pH值為8;
壓緊聚四氟乙烯內襯蓋子，裝入到相應的乾淨、無汙染的不鏽鋼 高壓反應釜中，旋緊活塞；
將反應釜放入到恆溫箱中，以5(TC/小時的升溫速率升至170°C, 恆溫3天，再以3(TC/天的降溫速率降至室溫；
打開反應釜，在粘稠的溶液中即可獲得生長良好的具有釐米級大 尺寸的水合硼酸鈉晶體。
實施例3:
以化學反應式NaOH + B203 + H20 — Na2B5OuH5 + H20為例， 具體操作步驟依據實施例1進行；
稱取摩爾比為1:1的NaOH固體及B203粉末，並將其混合在 35mL高壓反應釜的聚四氟乙烯內襯中，加入2mL去離子水，將不 完全溶解的物質在超聲波中，溫度6(TC處理60 min，使其充分混合均勻；
然後將聚四氟乙烯內襯取出，自然冷卻至室溫，加入NaOH調節 pH值為11;
壓緊聚四氟乙烯內襯蓋子，裝入到相應的乾淨、無汙染的不鏽鋼 高壓反應釜中，旋緊活塞；
將反應釜放入到恆溫箱中，以40'C/小時的升溫速率升至200°C， 恆溫10天，再以3(TC沃的降溫速率降至室溫；
打開反應釜，在粘稠的溶液中即可獲得生長良好的具有釐米級大 尺寸的水合硼酸鈉晶體。
實施例4:
以化學反應式Na2C03 + B203 + H20 4 Na2B50 H5 + COj + H20為例，具體操作步驟依據實施例1進行；
稱取摩爾比為1:1的Na2C03固體及B203粉末，並將其混合在 50mL高壓反應釜的聚四氟乙烯內襯中，加入2.5mL去離子水，將不 完全溶解的物質在超聲波中，溫度60'C處理60 min，使其充分混合 均勻；
然後將聚四氟乙烯內襯取出，自然冷卻至室溫，加入NaOH調節 pH值為9;
壓緊聚四氟乙烯內襯蓋子，裝入到相應的乾淨、無汙染的不鏽鋼 高壓反應釜中，旋緊活塞；
將反應釜放入到恆溫箱中，以3(TC/小時的升溫速率升至1卯'C， 恆溫5天，再以2(TC/天的降溫速率降至室溫；
打開反應釜，在粘稠的溶液中即可獲得生長良好的具有釐米級大 尺寸的水合硼酸鈉晶體。
實施例5:
以化學反應式Na20 + B203 + H20— Na2B5OuH5 + H20為例，具 體操作步驟依據實施例1進行；稱取摩爾比為1:3的Na20固體及8203粉末，並將其混合在65mL 高壓反應釜的聚四氟乙烯內襯中，加入5mL去離子水，將不完全溶 解的物質在超聲波中，溫度3(TC處理60min，使其充分混合均勻；
然後將聚四氟乙烯內襯取出，自然冷卻至室溫，加入NaOH調節 pH值為8;
壓緊聚四氟乙烯內襯蓋子，裝入到相應的乾淨、無汙染的不鏽鋼 高壓反應釜中，旋緊活塞；
將反應釜放入到恆溫箱中，以3(TC/小時的升溫速率升至170°C， 恆溫6天，再以3(TC/天的降溫速率降至室溫；
打開反應釜，在粘稠的溶液中即可獲得生長良好的具有釐米級大 尺寸的水合硼酸鈉晶體。
實施例6:
以化學反應式Na2B4O7'10H2O+ H3B03 + H20— NasBsOuHs + H20為例，具體操作步驟依據實施例1進行；
稱取摩爾比為1:2的Na2B4O7'10H2O固體及113803粉末，並將 其混合在高壓反應釜的聚四氟乙烯內襯中，加入lmL去離子水，將 不完全溶解的物質在超聲波中，溫度30'C處理60 min，使其充分混 合均勻；
然後將聚四氟乙烯內襯取出，自然冷卻至室溫，加入NaOH調節 pH值為9;
壓緊聚四氟乙烯內襯蓋子，裝入到相應的乾淨、無汙染的不鏽鋼 高壓反應釜中，旋緊活塞；
將反應釜放入到恆溫箱中，以5(TC/小時的升溫速率升至170°C， 恆溫7天，再以1(TC/天的降溫速率降至室溫；
打開反應釜，在粘稠的溶液中即可獲得生長良好的具有釐米級大 尺寸的水合硼酸鈉晶體。
實施例7:以化學反應式Na2B4O710H2O+ B203 + H20— NazBsOuHs + H20 為例，具體操作步驟依據實施例1進行；
稱取摩爾比為1:1的Na2B4Orl0H2O固體及B2O3粉末，並將其 混合在80mL高壓反應釜的聚四氟乙烯內襯中，加入8mL去離子水， 將不完全溶解的物質在超聲波中，溫度45"C處理60 min，使其充分 混合均勻；
然後將聚四氟乙烯內襯取出，自然冷卻至室溫，加入NaOH調節 pH值為11;
壓緊聚四氟乙烯內襯蓋子，裝入到相應的乾淨、無汙染的不鏽鋼
高壓反應釜中，旋緊活塞；
將反應釜放入到恆溫箱中，以50。C/小時的升溫速率升至190°C， 恆溫12天，再以1(TC/天的降溫速率降至室溫；
打開反應釜，在粘稠的溶液中即可獲得生長良好的具有釐米級大 尺寸的水合硼酸鈉晶體。
實施例8:
以化學反應式Na20 + H3B03+ H20~> Na^sOnHs + H20為例，具 體操作步驟依據實施例1進行；
稱取摩爾比為1:4的Na20固體及113803粉末，並將其混合在 lOOmL高壓反應釜的聚四氟乙烯內襯中，加入10mL去離子水，將不 完全溶解的物質在超聲波中，溫度55-C處理60 min，使其充分混合 均勻； .
然後將聚四氟乙烯內襯取出，自然冷卻至室溫，加入NaOH調節
pH值為10;
壓緊聚四氟乙烯內襯蓋子，裝入到相應的乾淨、無汙染的不鏽鋼
高壓反應釜中，旋緊活塞；
將反應釜放入到恆溫箱中，以30tV小時的升溫速率升至200°C， 恆溫15天，再以10(TC沃的降溫速率降至室溫；打開反應釜，在粘稠的溶液中即可獲得生長良好的具有釐米級大 尺寸的水合硼酸鈉晶體。 實施例9:
以化學反應式NaOH + H3B03 + H20— Na2B5OnH5 + H20為例， 具體操作步驟如下
稱取摩爾比為1:3的NaOH固體及113803粉末，並將其混合在 35mL高壓反應釜的聚四氟乙烯內襯中，加入0.8mL去離子水，將不 完全溶解的物質在超聲波中，溫度35-C處理60 min，使其充分混合 均勻；
然後將聚四氟乙烯內襯取出，自然冷卻至室溫，加入NaOH調節 pH值為8.5;
壓緊聚四氟乙烯內襯蓋子，裝入到相應的乾淨、無汙染的不鏽鋼 高壓反應釜中，旋緊活塞；
將反應釜放入到恆溫箱中，以溫度25"C/小時的升溫速率升至 175°C，恆溫4天，再以15。C/天的降溫速率降至室溫；
打開反應釜，在粘稠的溶液中即可獲得生長良好的具有釐米級大 尺寸的水合硼酸鈉晶體。
實施例10:
以化學反應式Na2C03 + H3B03 + H20 ~> Na2B5OuH5 + COj + H20為例，具體操作步驟依據實施例1進行；
稱取摩爾比為1:1.5的Na2C03固體及H3B03粉末，並將其混合 在45mL高壓反應釜的聚四氟乙烯內襯中，加入3mL去離子水，將 不完全溶解的物質在超聲波中，溫度50'C處理60 min，使其充分混 合均勻；
然後將聚四氟乙烯內襯取出，自然冷卻至室溫，加入NaOH調節 pH值為9;壓緊聚四氟乙烯內襯蓋子，裝入到相應的乾淨、無汙染的不鏽鋼 高壓反應釜中，旋緊活塞；
將反應釜放入到恆溫箱中，以35'C/小時的升溫速率升至180°C， 恆溫6天，再以5(TC/天的降溫速率降至室溫；
打開反應釜，在粘稠的溶液中即可獲得生長良好的具有釐米級大 尺寸的水合硼酸鈉晶體。
實施例lh
以化學反應式NaOH + B203 + H20 — Na2B50 H5 + H20為例， 具體操作步驟依據實施例1進行；
稱取摩爾比為1:2的NaOH固體及8203粉末，並將其混合在 45mL高壓反應釜的聚四氟乙烯內襯中，加入4mL去離子水，將不 完全溶解的物質在超聲波中，溫度55T:處理60 min，使其充分混合 均勻；
然後將聚四氟乙烯內襯取出，自然冷卻至室溫，加入NaOH調節 pH值為10;
壓緊聚四氟乙烯內襯蓋子，裝入到相應的乾淨、無汙染的不鏽鋼 高壓反應釜中，旋緊活塞；
將反應釜放入到恆溫箱中，以40'C/小時的升溫速率升至190°C， 恆溫ll天，再以35-C/天的降溫速率降至室溫；
打開反應釜，在粘稠的溶液中即可獲得生長良好的具有釐米級大 尺寸的水合硼酸鈉晶體。
實施例12
以化學反應式NaOH + B203 + H20 — NazBsOnHs + H20為例， 具體操作步驟依據實施例1進行；
稱取摩爾比為1:0. 5的NaOH固體及B203粉末，並將其混合在 65mL高壓反應釜的聚四氟乙烯內襯中，加入6mL去離子水，將不 完全溶解的物質在超聲波中，溫度58'C處理60 min，使其充分混合均勻；
然後將聚四氟乙烯內襯取出，自然冷卻至室溫，加入NaOH調節 pH值為11;
壓緊聚四氟乙烯內襯蓋子，裝入到相應的乾淨、無汙染的不鏽鋼 高壓反應釜中，旋緊活塞；
將反應釜放入到恆溫箱中，以48tV小時的升溫速率升至200°C, 恆溫12天，再以45'C/天的降溫速率降至室溫；
打開反應釜，在粘稠的溶液中即可獲得生長良好的具有釐米級大 尺寸的水合硼酸鈉晶體。
實施例13:
以化學反應式Na2C03 + B203 + H20 — Na2B50 H5 + COj + H20為例，具體操作步驟依據實施例1進行；
稱取摩爾比為1:4的Na2C03固體及8203粉末，並將其混合在 70mL高壓反應釜的聚四氟乙烯內襯中，加入5mL去離子水，將不完 全溶解的物質在超聲波中，溫度55"C處理60 min，使其充分混合均 勻；
然後將聚四氟乙烯內襯取出，自然冷卻至室溫，加入NaOH調節 pH值為9;
壓緊聚四氟乙烯內襯蓋子，裝入到相應的乾淨、無汙染的不鏽鋼 高壓反應釜中，旋緊活塞；
將反應釜放入到恆溫箱中，以4(TC/小時的升溫速率升至190°C, 恆溫8天，再以4(TC/天的降溫速率降至室溫；
打開反應釜，在粘稠的溶液中即可獲得生長良好的具有釐米級大 尺寸的水合硼酸鈉晶體。
實施例14:
以化學反應式Na20 + B203 + H20— Na2B5OuH5 + H20為例，具 體操作步驟依據實施例1進行；稱取摩爾比為1:2的Na20固體及8203粉末，並將其混合在85mL 高壓反應釜的聚四氟乙烯內襯中，加入9mL去離子水，將不完全溶 解的物質在超聲波中，溫度48'C處理60min,使其充分混合均勻；然後將聚四氟乙烯內襯取出，自然冷卻至室溫，加入NaOH調節 pH值為8;壓緊聚四氟乙烯內襯蓋子，裝入到相應的乾淨、無汙染的不鏽鋼 高壓反應釜中，旋緊活塞；將反應釜放入到恆溫箱中，以50tV小時的升溫速率升至200'C， 恆溫10天，再以8(TC/天的降溫速率降至室溫；打開反應釜，在粘稠的溶液中即可獲得生長良好的具有釐米級大 尺寸的水合硼酸鈉晶體。實施例15:以化學反應式Na2B4O7'10H2O+ H3B03 + H20— Na2B5OuH5 + H20為例，具體操作步驟依據實施例1進行；稱取摩爾比為1:1的Na2B4(V10H2O固體及&803粉末，並將 其混合在高壓反應釜的聚四氟乙烯內襯中，加入6mL去離子水，將 不完全溶解的物質在超聲波中，溫度38'C處理60 min，使其充分混 合均勻；然後將聚四氟乙烯內襯取出，自然冷卻至室溫，加入NaOH調節 pH值為9.5;壓緊聚四氟乙烯內襯蓋子，裝入到相應的乾淨、無汙染的不鏽鋼 高壓反應釜中，旋緊活塞；將反應釜放入到恆溫箱中，以55'C/小時的升溫速率升至175°C， 恆溫7天，再以2(TC/天的降溫速率降至室溫；打開反應釜，在粘稠的溶液中即可獲得生長良好的具有釐米級大 尺寸的水合硼酸鈉晶體。實施例16:16以化學反應式Na2B4O710H2O+ B203 + H20~> Na2B5OuH5 + H20 為例，具體操作步驟依據實施例1進行；稱取摩爾比為l:2的Na2B4(V10H2O固體及B2O3粉末，並將其 混合在90mL高壓反應釜的聚四氟乙烯內襯中，加入10mL去離子水， 將不完全溶解的物質在超聲波中，溫度6(TC處理60 min，使其充分 混合均勻；然後將聚四氟乙烯內襯取出，自然冷卻至室溫，加入NaOH調節 pH值為10.5;壓緊聚四氟乙烯內襯蓋子，裝入到相應的乾淨、無汙染的不鏽鋼高壓反應釜中，旋緊活塞；將反應釜放入到恆溫箱中，以6(TC/小時的升溫速率升至200°C， 恆溫12天，再以90。C/天的降溫速率降至室溫；打開反應釜，在粘稠的溶液中即可獲得生長良好的具有釐米級大 尺寸的水合硼酸鈉晶體。實施例17:以化學反應式Na20 + H3B03+ H20— Na^sOnHs + H20為例，具 體操作步驟依據實施例1進行；稱取摩爾比為1:7的Na20固體及113803粉末，並將其混合在 lOOmL高壓反應釜的聚四氟乙烯內襯中，加入10mL去離子水，將不 完全溶解的物質在超聲波中，溫度55"C處理60 min，使其充分混合 均勻；然後將聚四氟乙烯內襯取出，自然冷卻至室溫，加入NaOH調節 pH值為11;壓緊聚四氟乙烯內襯蓋子，裝入到相應的乾淨、無汙染的不鏽鋼 高壓反應釜中，旋緊活塞；將反應釜放入到恆溫箱中，以25r/小時的升溫速率升至200°C ， 恆溫15天，再以10(TC/天的降溫速率降至室溫；打開反應釜，在粘稠的溶液中即可獲得生長良好的具有釐米級大 尺寸的水合硼酸鈉晶體。 實施例18:將實施例1-17中所得的晶體，按附圖3所示安置在(3)的位 置上，在室溫下，用調QNd:YAG雷射器的1064nm輸出作光源， 觀察到明顯的532nm倍頻綠光輸出，輸出強度約為同等條件KDP的 2/3倍。圖3所示為，由調QNd:YAG雷射器l發出波長為1064 nm的 紅外光束經全聚透鏡2射入水合硼酸鈉非線性光學晶體，產生波長 為532 nm的綠色倍頻光，出射光束4含有波長為1064 nm的紅外光 和532 nm的綠光，經濾波片5濾去後得到波長為532 nm的倍頻光。權利要求
1、一種具有釐米級的大尺寸水合硼酸鈉非線性光學晶體，其特徵在於該晶體分子式為Na2B5O11H5，屬於正交晶系，空間群為Pna21，分子量為281.07，單胞參數為a＝11.967(2) top= "46" left = "125"/>b＝6.5320(13) top= "46" left = "163"/>c＝11.126(2) top= "55" left = "48"/>Z＝4。
2、 根據權利要求1所述的大尺寸水合硼酸鈉非線性光學晶體的 製備方法，其特徵在於採用水熱法製備晶體，具體操作按下列步驟 進行a、 將NaOH、 Na2C03、 Na2B4O7'10H2O或Na20加入到體積為 25-100 mL的高壓反應釜的聚四氟乙烯內襯中，加入H3B03或B203， 再加入去離子水0.5-10 mL ，將不完全溶解的混合物在溫度30-6(TC 下，置於超聲波中處理60min，使其充分混合均勾；b、 將步驟a中的混合溶液自然冷卻至室溫後，加入NaOH調節 pH值為8-11;c、 將步驟b中混合溶液所在的聚四氟乙烯內襯蓋子旋緊，裝入 相應的高壓反應釜中，將反應釜活塞旋緊；d、 將步驟c中的高壓反應釜放置在恆溫箱內，按溫度20-60°C/ 小時的升溫速率升至170-200°C，恆溫3-15天，再以10-100。C/天的 降溫速率降至室溫；e、 打開高壓反應釜，在粘稠的的溶液中獲得具有釐米級的大尺寸 水合硼酸鈉晶體。
3、 根據權利要求2所述的方法，其特徵在於步驟a中NaOH和 H3BCb的摩爾比為1:1-3; NaOH和8203的摩爾比為1:0.5-2;Na2C03 或Na20和H3B03的摩爾比為1:2-7; Na2C03或Na20和B203的摩爾 比1: l-4;Na2B4O7'10H2O和H3B03的摩爾比為1: l-2;Na2B4O7'10H2O 和8203的摩爾比為1:0.5-2。
4、 根據權利要求2所述的方法，其特徵在於步驟c溶液放在幹 淨、無汙染的高壓反應釜中。
5、 根據權利要求1所述的水合硼酸鈉非線性光學晶體作為製備 倍頻發生器、上或下頻率轉換器或光參量振蕩器的用途。
6、 根據權利要求5所述的水合硼酸鈉非線性光學晶體作為製備 上或下頻率轉換器、倍頻發生器或光參量振蕩器包含至少一束入射 電磁輻射通過至少一塊非線性光學晶體後產生至少一束頻率不同 於入射電磁輻射的輸出輻射的裝置。
全文摘要
本發明涉及一種具有釐米級的大尺寸水合硼酸鈉非線性光學晶體及製備方法和用途，該晶體分子式為Na2B5O11H5，屬於正交晶系，空間群為Pna21，分子量為281.07，單胞參數為a＝11.967(2)，b＝6.5320(13)，c＝11.126(2)。採用水熱法，通過水熱反應，得到具有釐米級的大尺寸水合硼酸鈉非線性光學晶體。該晶體非線性光學效應為KDP晶體的2/3倍，紫外吸收截至邊在190nm以下，在紫外和可見光區有寬的透過範圍。該晶體生長過程具有操作簡單，成本低，所用的毒性小，生長周期短，物化性質穩定等優點。本發明的非線性光學晶體在倍頻轉換、光參量振蕩器等非線性光學器件中可以得到廣泛應用。
文檔編號C30B29/10GK101591809SQ200910113370
公開日2009年12月2日 申請日期2009年6月23日 優先權日2009年6月23日
發明者潘世烈, 王永疆 申請人:中國科學院新疆理化技術研究所