包含方硼石晶体的深紫外窗口器件的制作方法

本发明涉及一种深紫外窗口器件，特别是涉及一种包含方硼石(mg3b7o13cl)晶体的深紫外窗口器件。

背景技术

紫外探测技术是利用紫外谱段来完成观测、侦察、瞄准、跟踪、制导和夜间作战等任务的，如紫外制导具有精度高、抗干扰能力强、隐蔽性好、结构紧凑、机动灵活等优点，在各种导弹制导、红外预警(包括探测、识别和跟踪、预警飞机和各种侦察机等)、观察瞄准(如高能束拦截武器等)等方面具有广阔和深远的应用。

此外，紫外探测技术在空间天文研究方面应用广泛。紫外探测的主要作用在于通过对外太空紫外辐射的观测，研究有关恒星大气模型和星际物质等。因此，发展紫外探测技术对我国的国防和高科技产业发展具有重要的意义。而紫外窗口器件是紫外探测技术的基础，只有具有高透过率、高损伤阈值的性能良好的紫外窗口器件，才能保证高强的紫外光输出，从而实现高、精、准的紫外探测。

技术实现要素：

为改善上述问题，本发明提供如下技术方案：

一种深紫外窗口器件，所述深紫外窗口器件包含方硼石晶体。

所述方硼石晶体的化学式为mg3b7o13cl，所述晶体室温下为正交结构，空间群为pca21，其晶胞参数为α＝β＝γ＝90°。

优选地，所述晶体具有基本上如图1a所示的x-射线晶体衍射图谱。

优选地，所述晶体具有基本上如图2a所示的电滞回线谱图和/或图2b所示的介电温谱。优选地，所述晶体的矫顽电场为41.5kv/cm，剩余极化强度为0.25μc/cm²。

优选地，所述晶体具有基本上如图3a所示的粉末倍频效应图谱和/或图3b所示的透过光谱。优选地，所述晶体的铁电-顺电相变温度(居里温度)为258℃。

根据本发明示例性的实施方案，所述深紫外窗口器件的工作原理为，入射电磁辐射，通过所述方硼石晶体，得到透射电磁辐射。

根据本发明示例性的实施方案，所述方硼石晶体经过光学加工处理。

根据本发明示例性的实施方案，所述方硼石晶体的紫外吸收边为155nm。

根据本发明示例性的实施方案，所述方硼石晶体具有非线性光学效应。

根据本发明的实施方案，所述方硼石晶体为无色透明晶体。

根据本发明，所述深紫外窗口器件能透过深紫外入射电磁辐射。

优选地，所述入射电磁辐射的透过范围为0.155～4.0μm，优选为0.155～2.0μm。

本发明还提供一种处理入射电磁辐射的方法，包括将一种或多种入射电磁辐射使用所述深紫外窗口器件处理。

本发明还提供方硼石晶体的制备方法，该方法包括由预烧的方硼石和助熔剂通过熔盐法生长得到方硼石晶体。

根据本发明，所述方法包括以下步骤：

(1)制备预烧的方硼石；

(2)将预烧的方硼石和助熔剂混合，在熔盐炉内经升温、熔融、保温、降温后，得到方硼石晶体。

根据本发明制备方法，所述预烧的方硼石以含镁化合物与b2o3和/或h3bo3为原料，经称重、混合、研磨、压片，装炉烧制而成；

所述含镁化合物为mgcl2、mgo、mgco3中的至少一种；

所述原料的用量按照mg3b7o13cl化学计量比分配；

优选地，所述mgcl2可以过量0.5～3wt％，例如过量1.0wt％、1.5wt％、2.0wt％、2.5wt％；

优选地，所述b2o3和/或h3bo3过量1.5～8wt％，例如过量3wt％、3.5wt％、4.0wt％、5.0wt％、6.0wt％、7.0wt％、7.5wt％；

所述烧制的温度可以为700℃以上，例如750～950℃，如800～900℃；烧制时间可以为1～3h，例如1.5～2.5h，如2.0h。

根据本发明制备方法，所述预烧的方硼石和助熔剂的摩尔比可以为1:(1～6)；

根据本发明制备方法，所述助熔剂为mgcl2与b2o3或h3bo3的混合物，其中mgcl2与b2o3或h3bo3的摩尔比可以为(1～8):1，如(1～6):1，如(1～5):1；例如可以为1:1，2:1，3:1，4:1，4.5:1。

根据本发明制备方法，所述升温为将温度升至800～1500℃，例如950～1400℃，1000～1200℃；

保温时间为0.5～4天，如1～3天；

所述降温为将温度降为15～40℃，如20～25℃。

升温和降温的速率可以相同或不同，独立地选自10～100℃/小时，例如30～60℃/小时，如40～50℃/小时。

优选地，在降温后，还可以用水冲洗，得到方硼石晶体。

有益效果

本发明中使用方硼石晶体制备深紫外窗口器件，其中，方硼石晶体是一种新的深紫外光学晶体，具有稳定的物理、化学性质，不易潮解，没有开裂问题，适合于光学器件。

本发明人通过对采用本发明提供的方法生长得到的方硼石晶体的光学性能进行表征，发现了其具有宽的光学透过范围，非常适合于深紫外窗口器件。

附图说明

图1是方硼石晶体的结构图：(a)x-射线单晶衍射图谱(b)空间结构图。

图2是实施例1方硼石晶体的电学性能表征图：(a)电滞回线(b)介电温谱。

图3是实施例1方硼石晶体的光学性能表征图：(a)粉末倍频效应图谱(b)透过光谱。

图4本发明包含用实施例1中制备的方硼石晶体的深紫外窗口器件。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。此外，应理解，在阅读了本发明所公开的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本发明所限定的保护范围之内。

除非另有说明，以下实施例中使用的原料和试剂均为市售商品，或者可以通过已知方法制备。

实施例1熔盐法生长方硼石晶体

(1)制备预烧的方硼石：采用分析纯的mgcl2、h3bo3做初始原料，按照mg3b7o13cl化学计量比，mgcl2和h3bo3分别过量1wt％和3wt％进行称重、混合、研磨、压片后装炉，于800～900℃预烧两个小时。

(2)晶体生长：采用熔盐法生长方硼石晶体，包括如下步骤：将预烧的方硼石和助熔剂(助熔剂为mgcl2和h3bo3按摩尔比1:1的混合物，以确保不引入杂质相)按照摩尔比1:1进行称重、混合，装入铂金坩埚中，将坩埚放入熔盐炉中心位置，盖好炉盖；以每小时50℃的速率升温至1200℃，熔融，保温两天，然后以每小时50℃的速率降至室温，用水冲洗，得到方硼石晶体。所述晶体无色透明，室温下为正交结构，空间群为pca21，其晶胞参数为α＝β＝γ＝90°(见图1b)。

实施例2熔盐法生长方硼石晶体

(1)制备预烧的方硼石：采用分析纯的mgo、mgcl2、h3bo3做初始原料，按照mg3b7o13cl化学计量比，将mgo、mgcl2和h3bo3进行称重，其中mgcl2和h3bo3分别过量3wt％和5wt％，混合、研磨、压片后装炉，于800～900℃预烧两个小时。

(2)晶体生长：采用熔盐法生长方硼石晶体，包括如下步骤：将预烧的方硼石和助熔剂(助熔剂为mgcl2和h3bo3按摩尔比3:1的混合物)按照摩尔比1:2进行称重、混合，装入铂金坩埚中，将坩埚放入熔盐炉中心位置，盖好炉盖；以每小时50℃的速率升温至1180℃，熔融，保温两天，然后以每小时50℃的速率降至室温，用水冲洗，得到方硼石晶体。

实施例3熔盐法生长方硼石晶体

(1)制备预烧的方硼石：采用分析纯的mgcl2、h3bo3做初始原料，按照mg3b7o13cl化学计量比，将mgcl2和b2o3进行称重，其中mgcl2过量2wt％，混合、研磨、压片后装炉，于800～900℃预烧两个小时。

(2)晶体生长：采用熔盐法生长方硼石晶体，包括如下步骤：将预烧的方硼石和助熔剂(助熔剂为mgcl2和h3bo3按摩尔比3:1的混合物)按照摩尔比1:4进行称重、混合，装入铂金坩埚中，将坩埚放入熔盐炉中心位置，盖好炉盖；以每小时50℃的速率升温至1150℃，熔融，保温两天，然后以每小时50℃的速率降至室温，用水冲洗，得到方硼石晶体。

实施例4方硼石晶体的结构表征

室温下，采用x-射线单晶衍射，测定实施例1所得方硼石晶体的结构，如附图1a。所用仪器为mercuryccd(mo靶)单晶衍射仪。实施例2和3的晶体结构同实施例1。

实施例5方硼石晶体的电学性能表征

(1)采用tf2000标准铁电测量系统，表征了实施例1所得方硼石晶体的铁电特性(见图2a)。

测试条件：交流电压的频率为5hz，测试温度为180℃。

测试结果：晶体的矫顽电场为41.5kv/cm，剩余极化强度为0.25μc/cm²。

(2)采用alpha-a介电/阻抗高分辨率分析仪(novolcontrol,german)，表征了实施例1所得晶体的介电响应(见图2b)。

测试条件：测温范围30～400℃，小信号测试电压1v。

测试结果：晶体的铁电-顺电相变温度(居里温度)为258℃。

实施例6方硼石晶体的光学性能表征

(1)室温下，采用修正的kurtz-perry方法，测试了实施例1所得方硼石晶体的粉末倍频效应(见图3a)，结果表明：方硼石晶体具有非线性光学效应。

(2)采用mcpherson2000真空紫外线吸收能谱仪，表征了实施例1所得方硼石晶体的深紫外吸收边(见图3b)，结果表明：方硼石晶体的深紫外吸收边为155nm。

实施例7方硼石晶体的稳定性和机械性能表征

室温下，将实施例1生长得到的方硼石晶体置于空气中放置一个月后，没有明显的吸潮现象；

将实施例1生长得到的方硼石晶体称重得1.05g，于水中放置一个月，取出晾干，称重仍然1.05g，没有重量变化；

对方硼石晶体进行切割加工，没有发现开裂问题。

说明方硼石晶体具有稳定的物理化学性能、不易潮解，机械性能好、易于加工。

实施例8包含方硼石晶体的深紫外窗口器件

把按实施例1的方法得到的方硼石晶体经光学加工处理后用于制作深紫外窗口器件，其深紫外窗口器件示意图如图4所示，经过测试得到其通光波段为0.155～4.0μm。

包含方硼石晶体的深紫外窗口器件的工作原理

入射电磁辐射，通过经晶体后处理和光学加工后的方硼石晶体，得到透射电磁辐射。

以上，对本发明的实施方式进行了说明。但是，本发明不限定于上述实施方式。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。