非线性光学晶体焦铌酸锶钙及其制备方法
【专利摘要】一种非线性光学晶体焦铌酸锶钙[CaSrNb2O7]及其制备方法涉及人工晶体领域。该晶体属正交晶系，空间群为Cmc21，同成分熔化，熔点1450-1500℃，可用提拉法生长出高光学质量和大尺寸的晶体，其二阶非线性光学系数相当于3-4倍KDP，可实现可见和近中红外波段的相位匹配。物理性能测试表明，该晶体在可见和近中红外波段透过率高，具有良好的各种物理、化学、热学和机械等性能。该晶体是一种新的适用于可见和近中红外波段的非线性光学晶体，有望获得实际应用。
【专利说明】
非线性光学晶体焦铌酸锶钙及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明属于光电子功能材料技术领域，特别是涉及作为激光器中的非线性光学晶 体材料。
【背景技术】
[0002] 非线性光学晶体是指具有非线性光学效应的晶体。非线性光学效应是指倍频、差 频、和频和参量放大等效应。非线性光学晶体材料在激光技术中广泛使用，它主要用于对激 光频率进行变频，扩展激光器的可调谐频率范围，从而使激光器得到更广泛的应用。目前， 广泛应用的主要是倍频、差频、和频等技术，它通常采用一块特制的非线性光学晶体，置于 激光束前面来改变激光束的输出波长。
[0003] 通过各国科学家几十年来的努力，目前已经发现了许多非线性光学晶体，其 中一些非线性光学晶体得到了实际应用，如：KDP(KH 2P04)、KTP(KTi0P04)、LB0(LiB30 5)、 ΒΒ0(β -BaB204)、LiNbO^，但因各种原因，尚未得到各波段均适用的非线性光学晶体，因此 寻找优良的非线性光学晶体材料仍然是晶体材料领域的难点和前沿方向之一。
【发明内容】
[0004] 非线性光学晶体焦铌酸锶钙及其制备方法，本发明的目的在于研制一种新的非线 性光学晶体材料，它具有较大的非线性光学系数，能适用于可见光和近中红外光区域的变 频材料。
[0005] 本发明的技术方案如下：
[0006] 具体的化学反应式 CaC03+SrC03+Nb205= CaSrNb 207+2C02 t
[0007] 所用的原料纯度及厂家如下：
[0008]
[0009]
[0010] 焦银酸锁f丐CaSrNb207是一种同成分恪化的化合物，可用提拉法（Czochralski方 法）进行生长。
[0011] 具体的生长过程如下：
[0012] 晶体生长原料的合成：采用传统的高温固相合成方法进行合成。初始原料为 CaC03、SrCOjP Nb 205，根据分子式CaSrNb207，按化学计量比称取原料，在球磨机中研磨搅 拌均匀，压制成块料；将块料置于刚玉杯中，在马弗炉中以150°C /h的升温速率升温至 800°C，恒温800°C合成24小时，取出重新研磨混合均匀，压片，150°C /h的升温速率升温至 1200°C，在1200°C恒温合成24小时，冷却后，取出，用于晶体生长。
[0013] 提拉法生长焦铌酸锶钙CaSrNb207晶体，其主要生长条件如下：生长在铱金坩锅 中，惰性气体（队或Ar气）气氛下进行；生长温度1450-1500°C，提升速度为0. 4~2. 5毫 米/小时，晶体转速为5~20转/分钟；生长结束后，将晶体进行退火，退火条件：15-20°C / 小时降到l〇〇〇°C，再40-50°C /小时降到室温。
[0014] 我们经过实验找到了采用提拉法生长焦铌酸锶钙晶体的较理想的生长条件，并 生长出了高质量、较大尺寸的焦铌酸锶钙晶体（见实施例1)。将生长出的CaSrNb 207晶 体，在四圆衍射仪上进行了衍射数据的收集，结构解析表明，其属于正交晶系，晶胞参数为： a=3.90 Λ, b=26.61 Λ, c=5.61 A, Dc= 4. 84g/cm3〇
[0015] 将生长出的CaSrNb207晶体，进行了透过率和非线性光学系数等的分析测试，结果 表明：CaSrNb 207晶体的非线性光学系数为KDP晶体的3-4倍，其在可见和近红外波段的透 过率大于80%。CaSrNb 207晶体在非线性光学系数、透光范围等物化性能方面均具有较理想 的数值，且其易于用提拉法生长出大尺寸晶体，生长成本低。因此，CaSrNb 207晶体有望成为 一个好的非线性光学晶体，适用于可见光和近中红外光区域激光的变频，制成可见光到近 中红外光区的谐波发生器件和可见光到近红外光区的光波导器件，并得到实际应用。
【具体实施方式】
[0016] 下面结合具体实施例，对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范 围。
[0017] 实施例1 :提拉法生长焦铌酸锶钙CaSrNb207晶体。
[0018] 将按CaSrNb207的化学计量比准确称量好的SrCO 3、CaC03和Nb 205混合研磨均匀， 压片后，在马弗炉中于800 °C固相反应24小时，取出后，再研磨、压片，升温至1200 °C反应24 小时。将合成好的以上样品装入Φ45Χ35πιπι3的铱金坩锅中，放入提拉炉中，采用提拉法， 在Ν 2气氛中，生长温度为1450-1500°C、晶体转速为5转/分钟，拉速为2. 5毫米/小时的 情况下，生长出了尺寸为Φ20Χ15πιπι3的高质量的CaSrNb 207晶体。经检测，其倍频系数约 为 3. 5 倍 KDP。
[0019] 实施例2 :提拉法生长焦铌酸锶钙CaSrNb207晶体。
[0020] 将按CaSrNb207的化学计量比准确称量好的SrCO 3、CaC03和Nb 205混合研磨均匀， 压片后，在马弗炉中于800 °C固相反应24小时，取出后，再研磨、压片，升温至1200 °C反应24 小时。将合成好的以上样品装入Φ 45 X 35mm3的铱金坩锅中，放入提拉炉中，采用提拉法，在 N2气氛中，生长温度为1450-1500°C、晶体转速为20转/分钟，拉速为0. 5毫米/小时的情 况下，生长出了尺寸为Φ22Χ19πιπι3的高质量的CaSrNb 207晶体。经检测，其倍频系数约为 3. 7 倍 KDP。
【主权项】
1. 一种非线性光学晶体焦妮酸锁觀其特征在于：该晶体的分子式为CaSrNb 2〇7,晶体 属于正交晶系，空间群为Cmc2i，晶胞参数为：Dc = 4. 84g/cm3。2. 权利要求1所述的非线性光学晶体焦妮酸锁巧的制备方法，其特征在于，该方法包 括下列步骤： (1)初始原料为SrC〇3、CaC〇3和Nb 2〇5,根据分子式化SrNb2〇7,按化学计量比称取原料， 在球磨机中研磨混合均匀，压制成块料； 似将块料置于刚玉杯中，在马弗炉中升溫至800。恒溫合成24小时，取出重新研磨 混合均匀，压制成块料，在1200°C恒溫合成24小时； (3) 将所述的块料放入银金相蜗中，采用提拉法生长，生长条件为：惰性气体气氛下进 行，生长溫度1450-1500°C，5-20转/分钟的晶体转速，0. 5-2. 5毫米/小时的拉速； (4) 生长结束后，将晶体进行退火，退火条件：15-20°C /小时降到1000°C，再40-50°C / 小时降到室溫。3. 如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（3)中的惰性气体为N 2或Ar 气。
【文档编号】C30B29/30GK105986311SQ201510074885
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2015年2月12日
【发明人】林州斌, 吴辉, 黄溢声, 张莉珍, 孙士家, 苑菲菲
【申请人】中国科学院福建物质结构研究所