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一种硫酸二氟锑铯非线性光学晶体及其制备方法和应用

发明公布  有效
申请(专利)号:CN201808080828.X国省代码:福建 35
申请(专利权)人:闽江学院
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摘要:
本发明公开了一种硫酸二氟锑铯非线性光学晶体及其制备方法和应用,其采用室温溶液法制备硫酸二氟锑铯非线性光学晶体,该晶体的分子式为CsSbSO4F2,分子量为388.72,属于正交晶系,空间群为Pna21,晶胞参数为:a=9.9051(5)Å,b=11.6070(8)Å,c=5.2822(3)Å,V=607.29(6)Å3。该晶体的非线性光学效应约为0.65KDP,紫外截止边为233 nm,对可见光及近红外波段具有较高的透过率。本发明制备的CsSbSO4F2晶体透明无包裹体,具有生长速度较快、成本低、物理化学性能稳定、机械性能好、易于加工等优点。适用于制作倍频发生器、二次谐波发生器、上下频率转换器、光参量振荡器、激光致盲武器、激光致盲武器、激光光盘、激光投影电视、光计算和光纤通讯等非线性光学器件。

主权项:
1.一种硫酸二氟锑铯非线性光学晶体,其特征在于:所述晶体的分子式为CsSbSO4F2,分子量为388.72,属于正交晶系,空间群为Pna21,晶胞参数为:a=9.9051(5) Å,b=11.6070(8) Å,c=5.2822(3) Å,V=607.29(6) Å3。


说明书

一种硫酸二氟锑铯非线性光学晶体及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于光学晶体技术领域,具体涉及一种硫酸二氟锑铯非线性光学晶体及其
制备方法和应用。

背景技术

非线性光学是专门研究强相干光与物质相互作用机理、现象和应用的光学分支。
晶体的非线性光学效应是指当一束具有某种偏振方向的激光按一定方向通过一块非线性
光学晶体时,该光束的频率将发生变化。当激光在具有非零二阶极化率的中介中传播时,会
产生倍频、和频、差频、光参量放大等非线性光学效应。

具有非线性光学效应的晶体称为非线性光学晶体。非线性光学晶体材料已深入到
激光技术的各个领域,成为不可缺少的晶体材料。利用晶体的非线性光学效应,可以制成二
次谐波发生器和上、下频率转换器以及光参量振荡器等非线性光学器件,而利用非线性光
学晶体进行频率变换的全固态激光器也是未来激光器的一个发展方向,但其关键在于获得
优秀的非线性光学晶体。

目前应用于紫外波段的非线性光学晶体主要有β-BaB2O4(BBO)、LiB3O5(LBO)、
CsLiB6O10(CLBO)和K2Be2BO3F2(KBBF)等。虽然这些晶体的生长技术已日趋成熟,但它们都存
在各自的不足之处。例如,LBO的双折射率都比较小,不能实现1064 nm波长激光的四倍频输
出;BBO的双折射率偏大,用于1064 nm波长激光的四倍频输出时存在光折变效应,限制了其
输出功率和光束质量;而CLBO极易潮解,难以实现商业化应用;KBBF则由于其严重的层状生
长习性,导致其难以获得c向厚度大的晶体。因此,探索综合性能优异的新型紫外非线性光
学晶体仍然是一项前沿重点的工作。

发明内容

本发明的目的在于提供一种一种硫酸二氟锑铯非线性光学晶体及其制备方法和
应用,该晶体的分子式为CsSbSO4F2,分子量为388.72,属于正交晶系,空间群为Pna21,晶胞
参数为:a=9.9051(5) Å,b=11.6070(8) Å,c=5.2822(3) Å,V=607.29(6) Å3。该晶体的倍频
效应约为KH2PO4的0.65倍,紫外-可见光-近红外漫反射光谱显示其截止波长为233 nm,对可
见光及近红外波段具有较高的透过率。

为实现上述目的,本发明采用如下技术方案:

一种硫酸二氟锑铯非线性光学晶体,所述晶体的分子式为CsSbSO4F2,分子量为
388.72,属于正交晶系,空间群为Pna21,晶胞参数为:a=9.9051(5) Å,b=11.6070(8) Å,c=
5.2822(3) Å,V=607.29(6) Å3

上述硫酸二氟锑铯非线性光学晶体的制备方法,所述晶体是采用室温溶液法制备
的,具体包括以下步骤:

(1)将三氟化锑和硫酸铯置于研钵中研磨均匀得到混合粉末;

(2)将质量分数为98%浓硫酸H2SO4稀释得到稀硫酸溶液,取10 mL的稀硫酸溶液并转移
倒入50 mL的烧杯中,将步骤(1)的混合粉末缓慢加入到上述烧杯中并加热至30~60 ℃,在
磁力搅拌直至溶液澄清;

(3)将步骤(2)的烧杯用称量纸或保鲜膜封口,并在称量纸或保鲜膜上扎取若干小孔,
在室温中静置3~4周,烧杯静置环境为无晃动、无污染、无剧烈环境参数变化的静态环境;

(4)待溶液在烧杯底部析出针状的晶体颗粒,直至晶体颗粒大小不再明显生长,即得到
CsSbSO4F2非线性光学晶体。

进一步地,步骤(1)中的三氟化锑和硫酸铯的摩尔比为1:1。

进一步地,步骤(2)中稀硫酸溶液的质量分数为5%-15%。

进一步地,步骤(3)中烧杯静置环境为无晃动、无污染、无剧烈环境参数变化的静
态环境。

上述硫酸二氟锑铯非线性光学晶体可用于制备倍频发生器、二次谐波发生器、上
下频率转换器、光参量振荡器、激光致盲武器以及光计算和光纤通讯等中。

本发明的有益效果在于:

本发明的硫酸二氟锑铯非线性光学晶体具有较短的紫外吸收截止边、较大的非线性光
学效应、物理化学性能稳定、硬度适中、机械性能好、不易碎裂、易于加工等优点,且可用于
制备倍频发生器、二次谐波发生器、上下频率转换器、光参量振荡器、激光致盲武器、激光光
盘、激光投影电视、光计算和光纤通讯等中。

附图说明

图1为实施例1制备的CsSbSO4F2非线性光学晶体粉末的X射线衍射图谱;

图2为实施例1制备的CsSbSO4F2非线性光学晶体的样品图;

图3为利用所制备的CsSbSO4F2非线性光学晶体制成一种典型的非线性光学器件的工
作原理图;图中,1是激光器,2是入射激光束,3是经晶体后处理和光学加工的CsSbSO4F2非线
性光学晶体,4是所产生的出射激光束,5是滤光片。

具体实施方式

为了使本发明所述的内容更加便于理解,下面结合具体实施方式对本发明所述的
技术方案做进一步的说明,但是本发明不仅限于此。

实施例1 CsSbSO4F2晶体的制备

(1)将三氟化锑,硫酸铯按照摩尔比1:1比例进行称取,将称取后的样品放置于玛瑙研
钵中研磨均匀待用;

(2)将国药购买的质量分数为98%浓硫酸H2SO4 (AR)稀释到10%,随后用量筒取出10 mL
的稀硫酸溶液并转移至50 mL的烧杯中。将步骤(1)中研磨均匀的原料缓慢加入到盛有稀硫
酸的50 mL烧杯中。加入原料的过程中,对溶液进行磁力搅拌与加热,直至溶液澄清;

(3)将步骤(2)中的烧杯用称量纸或保鲜膜封口,并在称量纸或保鲜膜上扎取若干小
孔,在室温中静置3~4周;

(4)待步骤(3)中的溶液在烧杯底部析出针状的晶体颗粒,直至晶体颗粒大小不再明显
生长,结束其生长过程,得到CsSbSO4F2非线性光学晶体。

图1所示,所制备的CsSbSO4F2非线性光学晶体粉末X射线衍射图谱与根据其单晶结
构拟合所得的图谱一致。

图2所示是实施例1所制得的毫米级透明晶体,其不易碎裂,不吸潮。

经测试,所制备的CsSbSO4F2非线性光学晶体不含对称中心,属于立方晶系Pna21
间群;其晶胞参数为:a=9.9051(5) Å,b=11.6070(8) Å,c=5.2822(3) Å,V=607.29(6) Å3

将所得的CsSbSO4F2非线性光学晶体作漫反射光谱测试,该晶体的紫外吸收截止低
于233 nm。

本发明晶体具有倍频效应。图3为采用本发明制备的CsSbSO4F2非线性光学晶体制
作的非线性光学器件的结构示意图。在室温下,用调Q Nd:YAG激光器作基频光源,由激光器
1发出入射激光束2(入射波长为1064 nm的近红外光)射入CsSbSO4F2非线性光学晶体3,所产
生的出射激光束4(输出波长为532 nm的激光)通过滤光片5,从而获得所需要的激光束,激
光强度约...

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图1
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