化合物硼酸锂钠双折射晶体及制备方法和用途与流程

文档序号:12794625阅读:263来源:国知局
化合物硼酸锂钠双折射晶体及制备方法和用途与流程

本发明涉及一种化合物硼酸锂钠双折射晶体及制备方法和应用,特别是一种用于红外-深紫外波段的分子式为li2na2b2o5的硼酸锂钠双折射晶体的制备方法和应用



背景技术:

双折射是指一束光投射到晶体表面上产生两束折射光的现象,产生这种现象的根本原因是在于晶体材料的各向异性。光在光性非均质体均质体(如立方系以外的晶体)中传播时,除了个别特殊的方向(沿光轴方向)外,会改变其振动特点,分解为两个电场矢量振动方向互相垂直,传播速度不同,折射率不等的两束偏振光,这种现象称为双折射,这样的晶体称为双折射晶体。晶体的双折射性质是光电功能材料晶体的重要光学性能参数,利用双折射晶体的特性可以得到线偏振光,实现对光束的位移等,从而使得双折射晶体成为制作光隔离器、环形器、光束位移器、光学起偏器和光学调制器等光学元件的关键材料。

常用的双折射材料主要有方解石晶体、金红石晶体、linbo3晶体、yvo4晶体、α-bab2o4晶体以及mgf2晶体等。以mgf2为例,它的透过范围为110-8500nm,它是一种应用于深紫外很好的晶体材料,但是它的双折射率太小,不适合用作制造格兰棱镜,只能用于洛匈棱镜,且光速分离角小,期间尺寸大,使用不便;石英晶体的双折射率也很小,存在同样的问题;yvo4晶体也是一种人工制备的双折射晶体,而且由于yvo4熔点高,必须使用铱坩埚进行提拉生长,且生长的气氛为弱氧气氛,从而在生长时存在钇元素的变价问题,从而使得晶体的质量下降,不易获得高质量的晶体并且它的透过范围是400-5000nm,不能直接用于紫外区。以天然形式存在的方解石是应用都比较广泛的双折射晶体,但是杂质含量比较高,普通晶体只能使用350nm以上的波段,紫外光学级方解石晶体获得困难,其使用波段也无法达到深紫外区(<250nm)。金红石也主要以天然形式存在,人工合成比较困难,且尺寸较小,硬度大,难以加工。近年来报道了几种硼酸盐双折射晶体:高温相bab2o4晶体的透过范围是189-3500nm,双折射率较大,但是该晶体易潮解,且存在相转移,易在晶体生长过程中开裂,影响了晶体的成品率和利用率。

随着社会的发展,人类对双折射晶体的需求越来越多,质量要求越来越高,因此,发现新的优秀的双折射光学晶体材料仍然是一个亟待解决的问题。

根据当前无机双折射晶体材料发展情况,对新型双折射晶体不仅要求具有大的双折射率,而且还要求它的综合性能参数好,同时易于生成优质大尺寸体块晶体,这就需要进行大量系统而深入的研究工作。探索高性能的双折射晶体材料是光电功能材料领域的重要课题之一,人们仍在不断探索以求发现性能更好的双折射晶体。



技术实现要素:

本发明目的在于提供一种化合物硼酸锂钠双折射晶体,该晶体的分子式为li2na2b2o5,分子量为161.4,属于正交晶系,空间群是cmcm,晶胞参数z=4。

本发明另一目的是提供制备大尺寸硼酸锂钠双折射晶体的方法。

本发明的再一目的在于提供硼酸锂钠双折射晶体的应用。

本发明所述的一种化合物硼酸锂钠双折射晶体,该晶体的分子式为li2na2b2o5,分子量为161.4,属于正交晶系,空间群是cmcm,晶胞参数z=4。

所述的化合物硼酸锂钠双折射晶体的制备方法,采用固相反应合成化合物,高温熔体法或助熔剂法生长硼酸锂钠双折射晶体,具体操作按下列步骤进行:

a、将含锂化合物纯度为99.9%的氧化锂、氢氧化锂、溴化锂、氟化锂、碳酸锂或硝酸锂,含钠化合物为纯度99.9%的氧化钠、氢氧化钠、氯化钠、溴化钠、氟化钠、碳酸钠或硝酸钠和含硼化合物为纯度99.9%的硼酸或氧化硼按摩尔比1:1:1称取放入研钵中并仔细研磨,然后装入φ100mm×100mm的敞口刚玉坩埚中,放入马弗炉中,缓慢升温至430℃,恒温24小时,待冷却后取出坩埚,此时样品较疏松,接着取出样品重新研磨均匀,再置于坩埚中,在马弗炉内温度550℃恒温48小时,将其取出并研磨充分,即得硼酸锂钠化合物单相多晶粉末,放入研钵中研磨进行x射线分析,所得x射线谱图与li2na2b2o5单晶结构得到的x射线谱图是一致的;

b、将步骤a得到的化合物硼酸锂钠单相多晶粉末在坩埚中加热到熔化,在温度600℃-650℃恒温4-15h,再降温至570℃-580℃,得到硼酸锂钠熔体;

或将含锂化合物纯度为99.9%的氧化锂、氢氧化锂、溴化锂、氟化锂、碳酸锂或硝酸锂,含钠化合物为纯度99.9%的氧化钠、氢氧化钠、氯化钠、溴化钠、氟化钠、碳酸钠或硝酸钠和含硼化合物为纯度99.9%的硼酸直接称取原料,与助溶剂naf、pbf2或b2o3,naf和pbf2按摩尔比为2:2:4:0.5-0.8:1-2进行混配,装入φ100mm×100mm的敞口铂金坩埚中,将坩埚放入单晶炉中加热完全熔化,在温度620℃恒温10小时后降温至560℃,得到混合熔体;

c、制备硼酸锂钠籽晶:将步骤b得到的熔体以温度0.5-10℃/h的速率缓慢降至室温,自发结晶获得籽晶;

d、在化合物熔体表面或熔体中生长晶体:将放有步骤b制得的熔体的坩埚置于单晶炉中,将步骤c得到的籽晶固定在籽晶杆上,降至温度550℃-560℃,从单晶炉顶部放入籽晶,先预热30-60分钟,再使籽晶和液面接触,恒温30-60分钟;

e、再以温度0.5-5℃/天的速率缓慢降温,0-100rpm转速旋转籽晶杆,0-15mm/h的速度向上提拉生长晶体;

f、待晶体生长到所需尺寸后,将晶体提离液面,并以温度1-30℃/h速率降至室温,然后将晶体从单晶炉中取出,即可得到li2na2b2o5双折射晶体。

所述的硼酸锂钠双折射晶体在制备光隔离器、环形器、光束位移器、光学起偏器或光学调制器中的用途。

光学起偏器中为偏振分束棱镜。

偏振分束棱镜为格兰型棱镜、渥拉斯顿棱镜或洛匈棱镜。

本发明所述的化合物硼酸锂钠双折射晶体,采用固相反应合成化合物,高温熔体法或助熔剂法生长硼酸锂钠双折射晶体,该化合物的化学反应式:

2li2co3+2na2co3+4h3bo3=2li2na2b2o5+6h2o↑+4co2↑

2li2co3+2na2no3+4h3bo3=2li2na2b2o5+6h2o↑+2co2+2no2↑

4lioh+2na2co3+4h3bo3=2li2na2b2o5+8h2o↑+2co2↑

4lioh+2na2no3+4h3bo3=2li2na2b2o5+8h2o↑+2no2↑

2li2o+2na2co3+4h3bo3=2li2na2b2o5+6h2o↑+2co2↑

2li2o+2na2o+4h3bo3=2li2na2b2o5+6h2o↑

2li2co3+2na2co3+4h3bo3+0.5naf→2li2na2b2o5+4co2↑+6h2o↑+0.5naf

2li2co3+2na2co3+4h3bo3+0.5pbf2→2li2na2b2o5+4co2↑+6h2o↑+0.5pbf2

2li2co3+2na2co3+4h3bo3+0.5naf+2pbf2→2li2na2b2o5+4co2↑+3h2o↑+0.5naf+2pbf2

2li2co3+2na2co3+4h3bo3+0.8naf+2pbf2→2li2na2b2o5+4co2↑+3h2o↑+0.8naf+2pbf2

2li2co3+2na2co3+4h3bo3+0.8naf+pbf2→2li2na2b2o5+4co2↑+3h2o↑+0.8naf+pbf2

2li2co3+2na2co3+4h3bo3+0.5naf+pbo→2li2na2b2o5+4co2↑+3h2o↑+0.5naf+pbo

2li2co3+2na2co3+4h3bo3+0.8naf+pbo→2li2na2b2o5+4co2↑+3h2o↑+0.8naf+pbo

2li2co3+2na2co3+4h3bo3+0.5naf+2pbo→2li2na2b2o5+4co2↑+3h2o↑+0.5naf+2pbo

4li2co3+4na2co3+4h3bo3+2b2o3→4li2na2b2o5+8co2↑+6h2o↑

本发明所述硼酸锂钠双折射晶体,该晶体用于红外-深紫外波段,为负单轴晶体,ne<no,透过范围170-3500nm,双折射率为0.090(3500nm)-0.230(180nm)之间。

本发明所述的硼酸锂钠双折射晶体,化学式为li2na2b2o5,分子量为161.4,属于正交晶系,空间群是cmcm,晶胞参数z=4。其透光范围为170-3500nm,双折射率为0.108(1064nm)-0.248(200nm)之间。晶体易于生长、易于切割、易于研磨、易于抛光和易于保存;在制备方法中采用高温熔体法(自熔体自发结晶法、熔体提拉法、熔体顶部籽晶法)或助熔剂法生长晶体。所获得的晶体在空气中稳定。能够用于制作格兰型棱镜、渥拉斯顿棱镜、洛匈棱镜或光束分离偏振器等偏振分束棱镜,在光学和通讯领域有重要应用。

附图说明

图1li2na2b2o5晶体粉末xrd曲线图;

图2li2na2b2o5双折射率计算曲线图;

图3用于红外-深紫外波段的li2na2b2o5双折射晶体的照片;

图4为本发明楔形双折射晶体偏振分束器示意图;

图5a为用本发明方法生长的晶体制作光束位移器,加工一个双折射晶体,令其光轴面与棱成一角度θ;

图5b为本发明当自然光垂直入射后,可以分成两束振动方向互相垂直的线偏振光,分别是o光和e光,双折率越大,两束光可以分开的越远,便于光束的分离。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明进行详细说明:

实施例1

按反应式:2li2co3+2na2co3+4h3bo3=2li2na2b2o5+6h2o↑+4co2↑合成化合物li2na2b2o5:

a、将li2co3、na2co3和h3bo3按锂:钠:硼的摩尔比1:1:1称取放入研钵中并仔细研磨,然后装入φ100mm×100mm的敞口刚玉坩埚中,放入马弗炉中,缓慢升温至430℃,恒温24小时,待冷却后取出坩埚,此时样品较疏松,接着取出样品重新研磨均匀,再置于坩埚中,在马弗炉内550℃恒温48小时,将其取出并研磨充分,即得硼酸锂钠化合物单相多晶粉末,放入研钵中研磨进行x射线分析,所得x射线谱图与li2na2b2o5单晶结构得到的x射线谱图是一致的;

b、将步骤a得到的化合物li2na2b2o5单相多晶粉末,装入φ100mm×100mm的敞口铂金坩埚中,将坩埚放入单晶炉中加热完全熔化,在温度630℃恒温5小时,再降温至570℃,得到混合熔体;

c、制备li2na2b2o5籽晶:将步骤b得到的混合熔体以温度2℃/h的速率缓慢降至室温,在降温过程中使用铂丝悬挂法获得小晶体,自发结晶获得籽晶;

d、在化合物熔体表面或熔体中生长晶体:将放有制得的步骤b混合熔体的坩埚置于单晶炉中,将步骤c得到的籽晶固定在籽晶杆上,降至温度550℃,从单晶炉顶部放入籽晶,先预热30分钟,再使籽晶和液面接触,恒温30分钟;

e、再以温度0.5℃/天的速率缓慢降温,以10rpm转速旋转籽晶杆,进行晶体的生长;

f、待单晶生长待所需尺寸后,将晶体提离液面,并以温度1℃/h速率降至室温,然后将晶体从单晶炉中取出,即得到20mm×25mm×10mm的li2na2b2o5双折射晶体。

实施例2

按反应式:2li2co3+2na2no3+4h3bo3=2li2na2b2o5+6h2o↑+2co2+2no2↑合成化合物li2na2b2o5,具体操作按实施例1步骤a进行:

b、将步骤a得到的化合物li2na2b2o5单相多晶粉末,装入φ100mm×100mm的敞口铂金坩埚中,将坩埚放入单晶炉中加热完全熔化,在温度635℃恒温5小时,再降温至570℃,得到混合熔体;

c、制备li2na2b2o5籽晶:将步骤b得到的混合熔体以温度0.5℃/h的速率缓慢降至室温,在降温过程中使用铂丝悬挂法获得小晶体,自发结晶获得籽晶;

d、在化合物熔体表面或熔体中生长晶体:将放有制得的步骤b混合熔体的坩埚置于单晶炉中,将步骤c得到的籽晶固定在籽晶杆上,降至温度560℃,从单晶炉顶部放入籽晶,先预热40分钟,再使籽晶和液面接触,恒温40分钟;

e、再以温度1℃/天的速率缓慢降温,以20rpm转速旋转籽晶杆,以1mm/h的速度向上提拉生长晶体;

f、待单晶生长待所需尺寸后,将晶体提离液面,并以温度5℃/h速率降至室温,然后将晶体从单晶炉中取出,即得到20mm×25mm×10mm的li2na2b2o5双折射晶体。

反应式中的原料硝酸钠可以由氢氧化钠、氧化钠、氯化钠或碳酸钠替代,碳酸锂可以由氢氧化锂、氧化锂、氯化锂或者硝酸锂替代,硼酸可由氧化硼替换。

实施例3

按反应式:4lioh+2na2co3+4h3bo3=2li2na2b2o5+8h2o↑+2co2↑合成化合物li2na2b2o5,具体操作按实施例1步骤a进行:

b、将得到的化合物li2na2b2o5单相多晶粉末,装入φ100mm×100mm的敞口铂金坩埚中,将坩埚放入单晶炉中加热完全熔化,在温度630℃恒温10小时,再降温至580℃,得到混合熔体;

c、制备硼酸锂钠籽晶:将步骤b得到的混合熔体以温度0.7℃/h的速率缓慢降至室温,在降温过程中使用悬挂铂丝法获得小晶体,自发结晶获得籽晶;

d、在化合物熔体表面或熔体中生长晶体:将放有制得的步骤b混合熔体的坩埚置于单晶炉中,将得到的籽晶固定在籽晶杆上,降至温度560℃,从单晶炉顶部放入籽晶,先预热50分钟,再使籽晶和液面接触,恒温45分钟;

e、再以温度3℃/天的速率缓慢降温,以30rpm转速旋转籽晶杆,以5mm/h的速度向上提拉生长晶体;

f、待单晶生长待所需尺寸后,将晶体提离液面,并以温度15℃/h速率降至室温,然后将晶体从单晶炉中取出,即得到30mm×25mm×13mm的li2na2b2o5双折射晶体。

反应式中的原料碳酸钠可以由氢氧化钠、氧化钠、氯化钠或硝酸钠替代,氢氧化锂可以由碳酸锂、氧化锂、氯化锂或者硝酸锂替代,硼酸可由氧化硼替换。

实施例4

按反应式:4lioh+2na2no3+4h3bo3=2li2na2b2o5+8h2o↑+2no2↑合成化合物li2na2b2o5,具体操作按实施例1步骤a进行:

b、将步骤a得到的化合物li2na2b2o5单相多晶粉末,装入φ100mm×100mm的敞口铂金坩埚中,将坩埚放入单晶炉中加热完全熔化,在温度640℃恒温8小时,再降温至560℃,得到混合熔体;

c、制备硼酸锂钠籽晶:将步骤b得到的混合熔体以温度5℃/h的速率缓慢降至室温,在降温过程中使用悬挂铂丝法获得小晶体,自发结晶获得籽晶;

d、在化合物熔体表面或熔体中生长晶体:将放有制得的步骤b混合熔液的坩埚置于单晶炉中,将得到的籽晶固定在籽晶杆上,降至温度550℃,从单晶炉顶部放入籽晶,先预热45分钟,再使籽晶和液面接触,恒温50分钟;

e、再以温度3℃/天的速率缓慢降温,以50rpm转速旋转籽晶杆,10mm/h的速度向上提拉生长晶体;

f、待单晶生长待所需尺寸后,将晶体提离液面,并以温度15℃/h速率降至室温,然后将晶体从单晶炉中取出,即得到18mm×25mm×18mm的li2na2b2o5双折射晶体。

反应式中的原料硝酸钠可以由碳酸钠、氧化钠、氯化钠或氢氧化钠替代,氢氧化锂可以由碳酸锂、氧化锂、氯化锂或者硝酸锂替代,硼酸可由氧化硼替换。

实施例5

按反应式:2li2o+2na2co3+4h3bo3=2li2na2b2o5+6h2o↑+2co2↑合成化合物li2na2b2o5,具体操作按实施例1步骤a进行:

b、将步骤a得到的化合物li2na2b2o5单相多晶粉末,装入φ100mm×100mm的敞口铂金坩埚中,将坩埚放入单晶炉中加热完全熔化,在温度650℃恒温12小时,再降温至558℃,得到混合熔体;

c、制备硼酸锂钠籽晶:将步骤b得到的混合熔体以温度8℃/h的速率缓慢降至室温,在降温过程中使用悬挂铂丝法获得小晶体,自发结晶获得籽晶;

d、在化合物熔体表面或熔体中生长晶体:将放有制得的步骤b混合熔液的坩埚置于单晶炉中,将步骤c得到的籽晶固定在籽晶杆上,降至温度552℃,从单晶炉顶部放入籽晶,先预热50分钟,再使籽晶和液面接触,恒温60分钟;

e、再以温度5℃/天的速率缓慢降温,以80rpm转速旋转籽晶杆,10mm/h的速度向上提拉生长晶体;

f、待单晶生长待所需尺寸后,将晶体提离液面,并以温度25℃/h速率降至室温,然后将晶体从单晶炉中取出,即得到28mm×25mm×15mm的li2na2b2o5双折射晶体。

反应式中的原料碳酸钠可以由硝酸钠、氧化钠、氯化钠或氢氧化钠替代,氧化锂可以由碳酸锂、氢氧化锂、氯化锂或者硝酸锂替代,硼酸可由氧化硼替换。

实施例6

按反应式:2li2o+2na2o+4h3bo3=2li2na2b2o5+6h2o↑合成化合物li2na2b2o5,具体操作按实施例1步骤a进行:

b、将步骤a得到的化合物li2na2b2o5单相多晶粉末,装入φ100mm×100mm的敞口铂金坩埚中,将坩埚放入单晶炉中加热完全熔化,在温度630℃恒温12小时,再降温至570℃,得到混合熔体;

c、制备硼酸锂钠籽晶:将步骤b得到的混合熔体以温度10℃/h的速率缓慢降至室温,在降温过程中使用悬挂铂丝法获得小晶体,自发结晶获得籽晶;

d、在化合物熔体表面或熔体中生长晶体:将放有制得的步骤b混合熔体的坩埚置于单晶炉中,将步骤c得到的籽晶固定在籽晶杆上,降至温度558℃,从单晶炉顶部放入籽晶,先预热60分钟,再使籽晶和液面接触,恒温30分钟;

e、再以温度2℃/天的速率缓慢降温,以100rpm转速旋转籽晶杆,15mm/h的速度向上提拉生长晶体;

f、待单晶生长待所需尺寸后,将晶体提离液面,并以温度30℃/h速率降至室温,然后将晶体从单晶炉中取出,即得到25mm×25mm×15mm的li2na2b2o5双折射晶体。

反应式中的原料氧化钠可以由硝酸钠、碳酸钠、氯化钠或氢氧化钠替代,氧化锂可以由碳酸锂、氢氧化锂、氯化锂或者硝酸锂替代,硼酸可由氧化硼替换。

实施例7

按反应式:2li2co3+2na2co3+4h3bo3+0.5naf→2li2na2b2o5+4co2↑+6h2o↑+0.5naf制备晶体:

将li2co3、na2co3、h3bo3直接称取原料,与助熔剂naf按摩尔比为2:2:4:0.5进行混配,装入φ100mm×100mm的敞口铂金坩埚中,将坩埚放入单晶炉中加热完全熔化,在温度620℃恒温10小时,再降温至560℃,得到混合熔体;

制备硼酸锂钠籽晶:将得到的混合熔体以温度0.5℃/h的速率缓慢降至室温,在降温过程中使用悬挂铂丝法获得小晶体,自发结晶获得籽晶;

在化合物熔体表面或熔体中生长晶体:将放有制得的混合熔液的坩埚置于单晶炉中,将得到的籽晶固定在籽晶杆上,降至温度550℃,从单晶炉顶部放入籽晶,先预热30分钟,再使籽晶和液面接触,恒温30分钟;

再以温度2℃/天的速率缓慢降温,以10rpm转速旋转籽晶杆,进行晶体的生长,

待单晶生长待所需尺寸后,将晶体提离液面,并以温度10℃/h速率降至室温,然后将晶体从单晶炉中取出,即可得到25mm×25mm×10mm的li2na2b2o5双折射晶体。

反应式中的原料碳酸钠可以由氢氧化钠、氧化钠、氯化钠或硝酸钠替代,碳酸锂可以由氢氧化锂、氧化锂、氯化锂或者硝酸锂替代,硼酸可由氧化硼替换。

实施例8

按反应式:2li2co3+2na2co3+4h3bo3+0.5pbf2→2li2na2b2o5+4co2↑+6h2o↑+0.5pbf2制备晶体:

将li2co3、na2co3、h3bo3直接称取原料,与助熔剂pbf2按摩尔比为2:2:4:0.5进行混配,研磨后装入φ100mm×100mm的敞口铂金坩埚中,以温度20℃/h的升温速率将其加热至温度600℃,恒温4h,再降温至温度为560℃,得到混合熔体;

制备li2na2b2o5籽晶:将得到的混合熔体以温度1℃/h的速率缓慢降至室温,在降温过程中使用悬挂铂丝法获得小晶体,自发结晶获得籽晶;

在化合物熔体表面或熔体中生长晶体:将放有制得的混合熔体的坩埚置于单晶炉中,将得到的籽晶固定在籽晶杆上,降至温度555℃,从单晶炉顶部放入籽晶,先预热60分钟,再使籽晶和液面接触,恒温60分钟;

再以温度3℃/天的速率降温,以15rpm的转速旋转籽晶杆,1mm/h的速度向上提拉生长晶体;

待晶体停止生长后,将晶体提离液面,以温度12℃/h的速率降至室温,然后取出晶体,即得到30mm×30mm×15mm的li2na2b2o5双折射晶体。

反应式中的原料碳酸钠可以由氢氧化钠、氧化钠、氯化钠或硝酸钠替代,碳酸锂可以由氢氧化锂、氧化锂、氯化锂或者硝酸锂替代,硼酸可由氧化硼替换。

实施例9

按反应式:2li2co3+2na2co3+4h3bo3+0.5naf+2pbf2→2li2na2b2o5+4co2↑+3h2o↑+0.5naf+2pbf2制备晶体:

将li2co3、na2co3、h3bo3直接称取原料,与助熔剂naf按摩尔比为2:2:4:0.8进行混配,装入φ100mm×100mm的敞口铂金坩埚中,以温度20℃/h的升温速率将其加热至温度:650,恒温15h,再降温至温度580℃,得到混合熔体;

制备li2na2b2o5籽晶:将得到的混合熔体以温度1.5℃/h的速率缓慢降至室温,在降温过程中使用悬挂铂丝法获得小晶体,自发结晶获得籽晶;

在化合物熔体表面或熔体中生长晶体:将放有制得的混合熔体的坩埚置于单晶炉中,将得到的籽晶固定在籽晶杆上,降至温度560℃,从单晶炉顶部放入籽晶,先预热40分钟,再使籽晶和液面接触,恒温35分钟;

再以温度0.5℃/天的速率降温,以50rpm的转速旋转籽晶杆,8mm/h的速度向上提拉生长晶体;

待晶体停止生长后,将晶体提离液面,以温度25℃/h的速率降至室温,然后取出晶体,即得到30mm×30mm×20mm的li2na2b2o5双折射晶体。

反应式中的原料碳酸钠可以由氢氧化钠、氧化钠、氯化钠或硝酸钠替代,碳酸锂可以由氢氧化锂、氧化锂、氯化锂或者硝酸锂替代,硼酸可由氧化硼替换。

实施例10

按反应式:2li2co3+2na2co3+4h3bo3+0.8naf+2pbf2→2li2na2b2o5+4co2↑+3h2o↑+0.8naf+2pbf2制备晶体:

将li2co3、na2co3、h3bo3直接称取原料,与助熔剂naf和pbf2,按摩尔比为2:2:4:0.8:2进行混配,装入φ100mm×100mm的敞口铂金坩埚中,以温度10℃/h的升温速率将其加热至温度630℃,恒温5h,再降温至温度565℃,得到混合熔体;

制备li2na2b2o5籽晶:将得到的混合熔体以温度3℃/h的速率缓慢降至室温,在降温过程中使用悬挂铂丝法获得小晶体,自发结晶获得籽晶;

在化合物熔体表面或熔体中生长晶体:将放有制得的混合熔液的坩埚置于单晶炉中,将得到的籽晶固定在籽晶杆上,降至温度560℃,从单晶炉顶部放入籽晶,先预热40分钟,再使籽晶和液面接触,恒温45分钟;

再以温度3℃/天的速率降温,以70rpm的转速旋转籽晶杆,10mm/h的速度向上提拉生长晶体;

待晶体停止生长后,将晶体提离液面,以温度30℃/h的速率降至室温,然后取出晶体,即得到30mm×35mm×25mm的li2na2b2o5双折射晶体。

反应式中的原料碳酸钠可以由氢氧化钠、氧化钠、氯化钠或硝酸钠替代,碳酸锂可以由氢氧化锂、氧化锂、氯化锂或者硝酸锂替代,硼酸可由氧化硼替换。

实施例11

按反应式:2li2co3+2na2co3+4h3bo3+0.8naf+pbf2→2li2na2b2o5+4co2↑+3h2o↑+0.8naf+pbf2制备晶体:

将li2co3、na2co3、h3bo3直接称取原料,与助熔剂naf和pbf2,按摩尔比为2:2:4:0.8:1进行混配,装入φ100mm×100mm的敞口铂金坩埚中,以温度20℃/h的升温速率将其加热至温度640℃,恒温13h,再降温至温度570℃,得到混合熔体;

制备li2na2b2o5籽晶:将得到的混合熔体以温度4.5℃/h的速率缓慢降至室温,在降温过程中使用悬挂铂丝法获得小晶体,自发结晶获得籽晶;

在化合物熔体表面或熔体中生长晶体:将放有制得的混合熔体的坩埚置于单晶炉中,将得到的籽晶固定在籽晶杆上,降至温度560℃,从单晶炉顶部放入籽晶,先预热50分钟,再使籽晶和液面接触,恒温60分钟;

再以温度5℃/天的速率降温,以35rpm的转速旋转籽晶杆,2mm/h的速度向上提拉生长晶体;

待晶体停止生长后,将晶体提离液面,以温度5℃/h的速率降至室温,然后取出晶体,即得到33mm×30mm×18mm的li2na2b2o5双折射晶体。

反应式中的原料碳酸钠可以由氢氧化钠、氧化钠、氯化钠或硝酸钠替代,碳酸锂可以由氢氧化锂、氧化锂、氯化锂或者硝酸锂替代,硼酸可由氧化硼替换。

实施例12

按反应式:2li2co3+2na2co3+4h3bo3+0.5naf+pbo→2li2na2b2o5+4co2↑+3h2o↑+0.5naf+pbo制备晶体:

将li2co3、na2co3、h3bo3直接称取原料,与助熔剂pbf2按摩尔比为2:2:4:0.5进行混配,装入φ100mm×100mm的敞口铂金坩埚中,以温度20℃/h的升温速率将其加热至温度620℃,恒温3h,再降温至温度568℃,得到混合熔体;

制备li2na2b2o5籽晶:将得到的混合熔体以温度8℃/h的速率缓慢降至室温,在降温过程中使用悬挂铂丝法获得小晶体,自发结晶获得籽晶;

在化合物熔体表面或熔体中生长晶体:将放有制得的混合熔体的坩埚置于单晶炉中,将得到的籽晶固定在籽晶杆上,降至温度553℃,从单晶炉顶部放入籽晶,先预热60分钟,再使籽晶和液面接触,恒温35分钟;

再以温度3℃/天的速率降温,以100rpm的转速旋转籽晶杆,15mm/h的速度向上提拉生长晶体;

待晶体停止生长后,将晶体提离液面,以温度12℃/h的速率降至室温,然后取出晶体,即得到35mm×36mm×12mm的li2na2b2o5双折射晶体。

反应式中的原料碳酸钠可以由氢氧化钠、氧化钠、氯化钠或硝酸钠替代,碳酸锂可以由氢氧化锂、氧化锂、氯化锂或者硝酸锂替代,硼酸可由氧化硼替换。

实施例13

按反应式:2li2co3+2na2co3+4h3bo3+0.8naf+pbo→2li2na2b2o5+4co2↑+3h2o↑+0.8naf+pbo制备晶体:

将li2co3、na2co3、h3bo3直接称取原料,与助熔剂nafh和pbo,按摩尔比为2:2:4:0.8:1进行混配,装入φ100mm×100mm的敞口铂金坩埚中,以温度20℃/h的升温速率将其加热至温度640℃,恒温5h,再降温至温度564℃,得到混合熔体;

制备li2na2b2o5籽晶:将得到的混合熔体以温度10℃/h的速率缓慢降至室温,在降温过程中使用悬挂铂丝法获得小晶体,自发结晶获得籽晶;

在化合物熔体表面或熔体中生长晶体:将放有制得的混合熔体的坩埚置于单晶炉中,将得到的籽晶固定在籽晶杆上,降至温度550℃,从单晶炉顶部放入籽晶,先预热55分钟,再使籽晶和液面接触,恒温45分钟;

再以温度2.5℃/天的速率降温,以65rpm的转速旋转籽晶杆,12mm/h的速度向上提拉生长晶体;

待晶体停止生长后,将晶体提离液面,以温度1℃/h的速率降至室温,然后取出晶体,即得到30mm×33mm×10mm的li2na2b2o5双折射晶体。

反应式中的原料碳酸钠可以由氢氧化钠、氧化钠、氯化钠或硝酸钠替代,碳酸锂可以由氢氧化锂、氧化锂、氯化锂或者硝酸锂替代,硼酸可由氧化硼替换。

实施例14

按反应式:2li2co3+2na2co3+4h3bo3+0.5naf+2pbo→2li2na2b2o5+4co2↑+3h2o↑+0.5naf+2pbo制备晶体:

将li2co3、na2co3、h3bo3直接称取原料,与助熔剂naf和pbo,按摩尔比为2:2:4:0.5:2进行混配,装入φ100mm×100mm的敞口铂金坩埚中,以温度20℃/h的升温速率将其加热至温度610℃,恒温10h,再降温至温度575℃,得到混合熔体;

制备li2na2b2o5籽晶:将得到的混合熔体以温度6℃/h的速率缓慢降至室温,在降温过程中使用悬挂铂丝法获得小晶体,自发结晶获得籽晶;

在化合物熔体表面或熔体中生长晶体:将放有制得的混合熔体的坩埚置于单晶炉中,将得到的籽晶固定在籽晶杆上,降至温度560℃,从单晶炉顶部放入籽晶,先预热50分钟,再使籽晶和液面接触,恒温50分钟;

再以温度4℃/天的速率降温,以75rpm的转速旋转籽晶杆,4mm/h的速度向上提拉生长晶体;

待晶体停止生长后,将晶体提离液面,以温度7℃/h的速率降至室温,然后取出晶体,即得到25mm×25mm×30mm的li2na2b2o5双折射晶体。

反应式中的原料碳酸钠可以由氢氧化钠、氧化钠、氯化钠或硝酸钠替代,碳酸锂可以由氢氧化锂、氧化锂、氯化锂或者硝酸锂替代,硼酸可由氧化硼替换。

实施例15

按反应式:4li2co3+4na2co3+4h3bo3+2b2o3→4li2na2b2o5+8co2↑+6h2o↑制备晶体:

将li2co3、na2co3、h3bo3直接称取原料,与助熔剂b2o3按摩尔比为2:2:2:1进行混配,装入φ100mm×100mm的敞口铂金坩埚中,以温度20℃/h的升温速率将其加热至温度645℃,恒温8h,再降温至温度565℃,得到混合熔体;

制备li2na2b2o5籽晶:将得到的混合熔体以温度5℃/h的速率缓慢降至室温,在降温过程中使用悬挂铂丝法获得小晶体,自发结晶获得籽晶;

在化合物熔体表面或熔体中生长晶体:将放有制得的混合熔体的坩埚置于单晶炉中,将得到的籽晶固定在籽晶杆上,降至温度550℃,从单晶炉顶部放入籽晶,先预热40分钟,再使籽晶和液面接触,恒温60分钟;

再以温度5℃/天的速率降温,以30rpm的转速旋转籽晶杆,6mm/h的速度向上提拉生长晶体;

待晶体停止生长后,将晶体提离液面,以温度4℃/h的速率降至室温,然后取出晶体,即得到20mm×20mm×15mm的li2na2b2o5双折射晶体。

反应式中的原料碳酸钠可以由氢氧化钠、氧化钠、氯化钠或硝酸钠替代,碳酸锂可以由氢氧化锂、氧化锂、氯化锂或者硝酸锂替代,硼酸可由氧化硼替换。

实施例16

将实施例1-15所得任意的li2na2b2o5双折射晶体(如图3所示),用于制备楔形双折射晶体偏振分束器,一个楔形的双折射晶体,光轴的取向如图4所示,一束自然光入射后经过晶体可以分成两束线偏振光,双折射率越大,两束光可以分开的越远,便于光束的分离。

实施例17

将实施例1-15所得的任意的li2na2b2o5晶体,用于制备光束位移器,加工一个双折射晶体,令其光轴面与棱成一角度θ(如图5a所示),当自然光垂直入射后,可以分成两束振动方向互相垂直的线偏振光(如图5b所示),分别是o光和e光,双折率越大,两束光可以分开的越远,便于光束的分离。

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