专利名称：化合物二硼酸二铅和二硼酸二铅非线性光学晶体及制备方法和用途的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种化合物二硼酸二铅和二硼酸二铅非线性光学晶体及制备方法和用途。
背景技术：
1961年Franken的激光倍频实验开辟了非线性光学及其材料的新纪元。利用非线性光学晶体进行变频以获得宽调谐的各种激光光源已成为激光技术发展的前沿课题。从石英倍频晶体开始，铌酸锂、磷酸二氢钾、偏硼酸钡、三硼酸锂、铌酸钾、硼酸铯、硼酸铯锂、氟硼酸钾铍等非线性光学晶体被发现，广泛应用于激光倍频、和频、差频、光参量放大以及电光调制、电光偏转等。但是到目前为止，各种全固态激光器直接输出的激光波段有限，而且现有的一些非线性光学晶体材料存在着明显的不足。因此，人们仍在致力于寻找性能优异的新型无机非线性光学晶体。对于非线性光学晶体材料，硼酸盐化合物被广泛的认为是一种理想的材料，因为其带隙较大，双光子吸收概率小，激光损伤阈值较高；而在硼酸盐体系中，引入具有SOJT效应的金属阳离子，易于得到非中心对称化合物，有利于产生大的SHG效应，因此二者的有效结合是探索和开发具有应用前景的新型非线性光学晶体材料的重要手段。
发明内容
本发明目的在于为解决全固态紫外激光系统对具有非线性光学效应的晶体材料的需要，提供一种化合物二硼酸二铅和二硼酸二铅非线性光学晶体及制备方法和用途，该化合物的化学式 为Pb2B2O5，分子量为516.00，采用固相法制备。该化合物晶体的化学式为P b 2 B 2 O 5，分子量为516.0 O，不具有对称中心，属三斜晶系，空间群PI，晶胞参数为 <3 = 6.9437(8) Lb: 7.1947(10) Lc= 7.8154(10) K, α =76.275(7),β =76.688 (7)，y =74.100 ⑶，Z=3, F二 359.03 (8) Α3，其粉末倍频效应达到 KDP (KH2PO4)的2倍。本发明另一目的提供一种化合物二硼酸二铅非线性光学晶体的制备方法。本发明又一个目的是提供一种化合物二硼酸二铅非线性光学晶体的用途，可作为制备倍频发生器、上或下频率转换器或光参量振荡器。本发明所述的一种化合物二硼酸二铅，其特征在于该化合物的化学式为Pb2B2O5,分子量为516.00,米用固相法制备。一种化合物二硼酸二铅非线性光学晶体，该晶体的化学式为Pb2B2O5,分子量为516.00，属于三斜晶系，空间群为Ρ1，晶胞参数为a = 6.9437 (8)K, A= 7.1947(10) A, C= 7.8154(10) K, α =76.27 5 (7) , β =76.688 (7),Y=74.100(8), Z=3, r= 359.03(8) A3。所述化合物二硼酸二铅非线性光学晶体的制备方法，采用固相反应法及高温熔液法生长晶体，具体操作按下列步骤进行:a、采用固相反应法，按摩尔比Pb:B=1:1称取含铅化合物和含硼化合物放入研钵中，研磨均匀后放入刚玉坩埚，将刚玉坩埚置于马弗炉中，缓慢升温至350°C，恒温12小时，冷却后取出坩埚，将样品研磨均匀，再置于坩埚中，将马弗炉升温至420°C，恒温48小时后将样品取出，放入研钵中仔细研磨得到二硼酸二铅化合物单相多晶粉末，再对该多晶粉末进行X射线分析，所得X射线谱图与Pb2B2O5单晶研磨成粉末后的X射线谱图是一致的；b、将步骤a制备的二硼酸二铅化合物和助熔剂PbF2或PbF2 — H3BO3混匀在坩埚中，以温度I 一 80°C /h的升温速率将其加热至520 - 600°C，恒温6 — 100小时，得到混合熔液；或直接按摩尔比称取含铅化合物和硼酸与助熔剂均匀混合，以温度I 一 80°C /h的升温速率将其加热至520 - 600°C，恒温6 - 100小时，得到混合熔液；C、将步骤b得到的混合熔液降温至460°C — 540°C，将籽晶杆伸入液面以下，以温度0.5 — 5°C /h的速率缓慢降温10 - 40°C，将籽晶杆提出液面，籽晶杆上会有聚集物，再以温度I 一 80°C /h的速率降至室温，获得二硼酸二铅籽晶；d、将步骤b的混合熔液降温至440 - 520°C，将步骤c得到的籽晶固定在籽晶杆上，从晶体生长炉顶部下籽晶，先将籽晶预热5 - 60分钟，然后将籽晶下至接触混合熔液液面或混合熔液中进行回熔，恒温5 - 60分钟，快速降温至430 - 510°C ；e、再以温度0.1 — 3°C /天的速率缓慢降温，以O — IOOrpm转速旋转籽晶杆进行晶体的生长，待单晶生长到所需尺度后，将晶`体提离混合熔液表面，并以温度I 一 80°C/h速率降至室温，然后将晶体从炉膛中取出，即可得到二硼酸二铅非线性光学晶体。步骤a中含铅化合物为PbO、Pb (NO3) 2、PbCO3> PbC2O4或Pb (CH3COO) 2 ;含硼的化合物为 H3BO3 或 B2O3。步骤b 二硼酸二铅与助熔剂的摩尔比为二硼酸二铅:助熔剂=1:1 - 5ο助熔剂PbF2 — H3BO3体系中，PbF2与H3BO3的摩尔比为I — 5:1 — 3。所述的二硼酸二铅非线性光学晶体的用途，该晶体在制备倍频发生器、上或下频率转换器或光参量振荡器的用途。本发明所述的化合物二硼酸二铅和二硼酸二铅非线性光学晶体及制备方法和用途，原则上，米用一般化学合成方法都可以制备化合物Pb2B2O5,现优选固相反应法,该化合物由以下几个典型的可以得到Pb2B2O5化合物的化学反应式:(l)2Pb0+2H3B03 — Pb2B205+3H20 (2) 2Pb (NO3) 2+2Η3Β03 — Pb2B205+4N02 +3H20 +O2 (3) 2PbC03+2H3B03 — Pb2B205+2C02 +3H20 (4) 2PbC204+2H3B03 — Pb2B205+2C02 +3H20 +2C0 (5) 2Pb (CH3COO) 2+2H3B03+802 — Pb2B205+8C02 +9H20 (6) 2Pb0+B203 — Pb2B2O5(7) 2Pb (NO3) 2+B203 — Pb2B205+4N02 +O2 (8) 2PbC03+B203 — Pb2B205+2C02 个
(9) 2PbC204+B203 — Pb2B205+2C02 丨 +2C0 (10) 2Pb (CH3COO) 2+B203+802 — Pb2B205+8C02 +6H20 t。本发明提供化合物二硼酸二铅非线性光学晶体，该晶体化学式为Pb2B2O5,不具有对称中心，三斜晶系，空间群P1，晶胞参数为a = 6, 9437 (8)K
权利要求
1.一种化合物二硼酸二铅，其特征在于该化合物的化学式为Pb2B2O5,分子量为516.00，采用固相法制备。
2.一种化合物二硼酸二铅非线性光学晶体，其特征在于该晶体的化学式为Pb2B2O5，分子量为516.00，属于三斜晶系，空间群为产1，晶胞参数为a = 6.9437(8) k,b = 7.1947(10)K, c = 7.8154(10) K, a= 76.275(7), β= 76.688(7)，r= 74.100(8) ,Z= 3, V =359.03(8) A3。
3.根据权利要求2所述的化合物二硼酸二铅非线性光学晶体的制备方法，其特征在于采用固相反应法及高温熔液法生长晶体，具体操作按下列步骤进行: a、采用固相反应法，按摩尔比Pb:B= 1:1称取含铅化合物和含硼化合物放入研钵中，研磨均匀后放入刚玉坩埚，将刚玉坩埚置于马弗炉中，缓慢升温至350°C，恒温12小时，冷却后取出坩埚，将样品研磨均匀，再置于坩埚中，将马弗炉升温至420°C，恒温48小时后将样品取出，放入研钵中仔细研磨得到二硼酸二铅化合物单相多晶粉末，再对该多晶粉末进行X射线分析，所得X射线谱图与Pb2B2O5单晶研磨成粉末后的X射线谱图是一致的； b、将步骤a制备的二硼酸二铅化合物与助熔剂PbF2或PbF2—H3BCV混匀在坩埚中，以温度I 一 80°C /h的升温速率将其加热至520 - 600°C，恒温6 — 100小时，得到混合熔液； 或者直接按摩尔比称取含铅化合物和硼酸与助熔剂均匀混合，以温度I 一 80°C /h的升温速率将其加热至520 - 600°C，恒温6 - 100小时，得到混合熔液； C、将步骤b得到的混合熔液降温至460°C— 540°C，将籽晶杆伸入液面以下，以温度0.5 - 5°C /h的速率缓慢降温10 - 40°C，将籽晶杆提出液面，籽晶杆上会有聚集物，再以温度I 一 80°C /h的速率降至室温，获得二硼酸二铅籽晶； d、将步骤b的混合熔液降温至440— 520°C，将步骤c得到的籽晶固定在籽晶杆上，从晶体生长炉顶部下籽晶，先将籽晶预热5 - 60分钟，然后将籽晶下至接触混合熔液液面或混合熔液中进行回熔，恒温5 - 60分钟，快速降温至430 - 510°C ； e、再以温度0.1 - 3°C /天的速率缓慢降温，以O — IOOrpm转速旋转籽晶杆进行晶体的生长，待单晶生长到所需尺度后，将晶体提离混合熔液表面，并以温度I 一 80°C/h速率降至室温，然后将晶体从炉膛中取出，即可得到二硼酸二铅非线性光学晶体。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于步骤a中含铅化合物为PbO、Pb (NO3) 2> PbCO3> PbC2O4 或 Pb (CH3COO) 2 ;含硼的化合物为 H3BO3 或 B203。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于步骤b化合物二硼酸二铅与助熔剂的摩尔比为二硼酸二铅:助熔剂=1:1 - 5ο
6.根据权利要求3所述方法，其特征在于助熔剂PbF2— H3BO3体系中，PbF2与H3BO3的摩尔比为I — 5:1 — 3。
7.根据权利要求2 所述的二硼酸二铅非线性光学晶体的用途，其特征在于该晶体在制备倍频发生器、上或下频率转换器或光参量振荡器的用途。
全文摘要
本发明涉及一种化合物二硼酸二铅和二硼酸二铅非线性光学晶体及制备方法和用途，该化合物的化学式为Pb2B2O5，分子量为516.00；该化合物非线性光学晶体的化学式为Pb2B2O5，分子量为516.00，属于三斜晶系，空间群为P1，晶胞参数为a=6.9437(8) ，b=7.1947(10) ，c=7.8154(10) ，α=76.275(7)，β=76.688(7)，γ=74.100(8)，Z=3，V=359.03(8) 3，其粉末倍频效应达到KDP(KH2PO4)的2倍。采用固相反应法获得二硼酸二铅化合物，再将该化合物采用高温熔液法生长晶体，即可得到二硼酸二铅非线性光学晶体。该晶体生长过程操作简单，生长周期短，并且机械硬度适中，在倍频转换、光参量振荡器等非线性光学器件中可以得到广泛应用。
文档编号C01B35/12GK103193243SQ20131015107
公开日2013年7月10日 申请日期2013年4月26日 优先权日2013年4月26日
发明者潘世烈, 董凌云 申请人:中国科学院新疆理化技术研究所