本发明涉及一种化合物硼酸铅钡和硼酸铅钡光学晶体及制备方法和用途，该化合物的化学式为pbba2b6o12。
背景技术：
具有双折射现象的晶体成为双折射晶体。双折射晶体作为一种光学晶体，在人们生活和工业应用上有着重要的作用。通过双折射晶体可以得到线偏振光，实现对光束的位移等，从而制作了光隔离器，环形器，光束位移其，光学欺骗器和光学调制器等。
双折射现象是光在非均匀的介质晶体中传播时表现出来的重要特性之一，可以用光的横波性质来解释。光在非均质体(除立方晶系的晶体)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的现象。产生双折射现象的晶体可分为单轴晶体和双轴晶体。单轴晶体：只有一个光轴的晶体，如方解石、石英、红宝石、冰等；双轴晶体：有两个光轴的晶体，如云母、结晶硫磺、蓝宝石、橄榄石等。
常用的双折射材料主要有α-bab2o4晶体、mgf2晶体、linbo3晶体、yvo4晶体、方解石晶体以及金红石晶体等。然而，这些双折射材料都存在着不足之处：α-bab2o4由于存在固态相变，很容易在晶体生长过程中开裂；mgf2晶体的透过范围是110-8500nm，它是一种应用于深紫外很好的材料，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，器件尺寸大，使用不便；linbo3晶体易于得到大尺寸晶体，但双折射率太小；yvo4是一种性能良好的人工双折射晶体，但是它的透过范围是400-5000nm，不能用于紫外区，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，从而在生长时存在铱元素的变价问题，从而使得晶体的质量下降，不易获得高质量的晶体；主要以天然形式存在的方解石晶，人工合成比较困难，一般尺寸都比较小，杂质含量比较高，无法满足大尺寸光学偏光元件的要求，而且易于解离，加工比较困难，晶体利用率低；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。
本发明提供的pbba2b6o12双折射晶体的透过范围宽(300-3000nm)，并且双折射率大(0.084-0.374)，是一种可用于紫外的双折射材料。
技术实现要素：
本发明目的在于，提供一种化合物硼酸铅钡，该化合物硼酸铅钡，pbba2b6o12，分子量为738.73，采用固相反应法合成。
本发明的另一个目的在于提供一种硼酸铅钡光学晶体，该晶体的化学式为pbba2b6o12，分子量为738.73，属于三方晶系，空间群为r_3，晶胞参数为
本发明的再一个目的在于用于提供硼酸铅钡光学晶体的生长方法；
本发明的又一个目的在于提供一种硼酸铅钡光学晶体的用途。
本发明所述的一种化合物硼酸铅钡，该化合物的化学式为pbba2b6o12，分子量为738.73，采用固相反应法合成。
一种硼酸铅钡光学晶体，该晶体的化学式为pbba2b6o12，分子量为738.73，属于三方晶系，空间群为r_3，晶胞参数为
所述硼酸铅钡光学晶体的制备方法，采用固相反应法合成化合物，采用高温熔体法生长晶体，具体操作按下列步骤进行：
a、将含pb化合物、含ba化合物和含b化合物按摩尔比pb:ba:b＝1:2:6称量后混合均匀，仔细研磨后放入马弗炉中，升温至300℃，恒温20小时，冷却至室温，充分研磨后，再次放入马弗炉中，升温至400℃，恒温20小时，冷却至室温，取出再研磨，放入马弗炉中，升温至655℃，恒温72小时，取出冷却至室温，经研磨后得到化合物pbba2b6o12的单相多晶粉末，然后对产物进行粉末x射线分析，所得x射线谱图与pbba2b6o12的单晶结构得到的理论x射线谱图是一致的，其中所述的含pb化合物为pbo或pb(no3)2；含ba化合物为bao、baco3、ba(oh)2或ba(no3)2；含b化合物为h3bo3或b2o3。
b、将步骤a得到的化合物硼酸铅钡单相多晶粉末放入铂金坩埚中，加热至温度700-730℃，恒温5-40h，得到硼酸铅钡熔体；
c、将步骤b得到硼酸铅钡熔体以0.5-5℃/h的速率降至550℃，再以1-20℃/h的速率降至室温，结晶获得籽晶或在降温中使用铂丝悬挂法获得小晶体作为籽晶；
d、将步骤b的熔体降温至675-680℃，将步骤c得到的籽晶固定在籽晶杆上，从晶体生长炉顶端放入与步骤b熔体表面接触或伸入到熔体内，保温10-60min；
e、将步骤d的熔体降温至670-675℃，以10-50r/min的转速旋转籽晶杆，再以温度0-3℃/天的速率缓慢降温的条件下生长晶体；
f、待单晶生长到所需尺寸后，将晶体提离熔体液面，以1-2℃/h的速率降至550℃，再以1-20℃/h的速率降至室温，然后将晶体缓慢从炉膛中取出，即可得到硼酸铅钡光学晶体。
所述硼酸铅钡光学晶体作为双折射晶体在制备光隔离器，环形器，光束位移器，偏振分束棱镜或光学调制器中的用途。
所述硼酸铅钡光学晶体在制备洛匈棱镜、格兰型棱镜、渥拉斯顿棱镜中的用途。
所述硼酸铅钡光学晶体在制备光束分离偏振器或相位延迟器件中的用途。
本发明提供的化合物硼酸铅钡，其化学式为pbba2b6o12，采用固相反应法按下列化学反应式制备：
(1)pbo+2bao+6h3bo3→pbba2b6o12+9h2o↑
(2)pbo+2baco3+6h3bo3→pbba2b6o12+9h2o↑+2co2↑
(3)pbo+2ba(oh)2+6h3bo3→pbba2b6o12+11h2o↑
(4)pbo+2ba(no3)2+6h3bo3→pbba2b6o12+9h2o↑+4no2↑+o2↑
(5)pb(no3)2+2bao+6h3bo3→pbba2b6o12+9h2o↑+2no2↑+1/2o2↑
(6)pbo+2bao+3b2o3→pbba2b6o12
(7)pbo+2baco3+3b2o3→pbba2b6o12+2co2↑
(8)pbo+2ba(oh)2+3b2o3→pbba2b6o12+2h2o↑
本发明所述的含铅化合物为纯度99.9％的氧化铅或硝酸铅；所述的含钡化合物为纯度99.9％的氧化钡、碳酸钡、氢氧化钡或硝酸钡；所述的含硼化合物为纯度99.9％的硼酸或三氧化二硼。
本发明与现有技术相比，其优点如下：本发明提供的pbba2b6o12光学晶体的透光范围是290-3000nm，双折射率在0.084(3000nm)-0.374(340nm)之间，晶体易于生长，切割和抛光，在空气中稳定，不潮解，不溶于水。可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1为本发明pbba2b6o12化合物的粉末xrd；
图2为本发明pbba2b6o12化合物的晶体图；
图3为本发明楔形双折射晶体偏振分束器示意图；
图4为本发明光隔离器示意图，其中a表示入射的光束可以通过，b表示反射光被阻止了；
图5为本发明光束位移器示意图，其中1为入射光，2为o光，3为e光，4为光轴，5为pbba2b6o12晶体，6为透光方向，7为光轴面。
具体实施方式
实施例1
按化学方程式：pbo+2bao+6h3bo3→pbba2b6o12+9h2o↑合成硼酸铅钡：
a、将pbo、bao和h3bo3按摩尔比1:2:6称量后混合均匀，仔细研磨后放入马弗炉中，升温至300℃，恒温20小时，冷却至室温，充分研磨后，再次放入马弗炉中，升温至400℃，恒温20小时，冷却至室温，取出再研磨，放入马弗炉中，升温至655℃，恒温72小时，取出冷却至室温，经研磨后得到化合物pbba2b6o12的单相多晶粉末，然后对产物进行粉末x射线分析，所得x射线谱图与pbba2b6o12的单晶结构得到的理论x射线谱图是一致的；
在高温熔体中生长大尺寸pbba2b6o12晶体：
b、将合成的化合物pbba2b6o12单相多晶粉末装入φ60mm×60mm的铂金坩埚中，将坩埚放入晶体生长炉中，升温至700℃，恒温24h，得到硼酸铅钡pbba2b6o12熔体；
c、将步骤b得到硼酸铅钡熔体以0.5℃/h速率降至550℃，再以1℃/h的速率缓慢降至室温，在降温中使用铂丝悬挂法获得小晶体作为籽晶；
d、将步骤b得到的硼酸铅钡熔体降温至675℃，将步骤c得到的籽晶固定在籽晶杆上，从晶体生长炉顶端伸入到熔体内，保温10min；
e、再将步骤d熔体降温至670℃，以10r/min的转速旋转籽晶，再以1℃/天的速率缓慢降温的条件下生长晶体；
f、待晶体生长到所需尺寸后，将晶体提离熔体表面，以1℃/h的速率降至550℃，再以2℃/h的速率降至室温，然后缓慢的从炉膛中取出晶体，即得到尺寸为22mm×14mm×7mm的硼酸铅钡pbba2b6o12光学晶体。
实施例2
按反应式pbo+2baco3+6h3bo3→pbba2b6o12+9h2o↑+2co2↑合成化合物pbba2b6o12，具体操作步骤同实施例1步骤a；
b、将化合物硼酸铅钡单相多晶粉末装入φ50mm×50mm铂金坩埚中，加热至温度720℃，恒温5h，得到硼酸铅钡pbba2b6o12熔体；
c、将步骤b得到硼酸铅钡熔体以2℃/h速率降至550℃，再以5℃/h的速率缓慢降至室温，获得籽晶；
d、将步骤b的熔体降温至680℃，将步骤c得到的籽晶固定在籽晶杆上，从晶体生长炉顶端放入熔体表面接触，保温20min；
e、将步骤d的熔体降温至675℃，以10r/min的转速旋转籽晶杆，再以1℃/天的速率缓慢降温的条件下生长晶体；
f、待单晶生长到所需尺寸后，将晶体提离熔体液面，以2℃/h的速率降至550℃，再以10℃/h的速率降至室温，然后将晶体缓慢从炉膛中取出，即得到尺寸为18mm×20mm×6mm的硼酸铅钡pbba2b6o12光学晶体。
实施例3
按反应式pbo+2ba(oh)2+6h3bo3→pbba2b6o12+11h2o↑合成化合物pbba2b6o12，具体操作步骤同实施例1步骤a；
b、将化合物硼酸铅钡单相多晶粉末装入φ30mm×30mm铂金坩埚中，加热至温度730℃，恒温20h，得到硼酸铅钡熔体；
c、将步骤b得到硼酸铅钡熔体以5℃/h速率降至550℃，再以20℃/h的速率缓慢降至室温，结晶获得籽晶；
d、将步骤b的熔体降温至678℃，将步骤c得到的籽晶固定在籽晶杆上，从晶体生长炉顶端伸入到熔体内，保温30min；
e、将步骤d的熔体降温至673℃，以30r/min的转速旋转籽晶杆，再以3℃/天的速率缓慢降温的条件下生长晶体；
f、待单晶生长到所需尺寸后，将晶体提离熔体液面，以1.5℃/h的速率降至550℃，再以20℃/h的速率降至室温，然后将晶体缓慢从炉膛中取出，即得到尺寸为17mm×13mm×7mm的硼酸铅钡pbba2b6o12光学晶体。
实施例4
按反应式pbo+2ba(no3)2+6h3bo3→pbba2b6o12+9h2o↑+4no2↑+o2↑合成化合物pbba2b6o12，具体操作步骤同实施例1步骤a；
b、将化合物硼酸铅钡单相多晶粉末放入铂金坩埚中，加热至温度730℃，恒温40h，得到硼酸铅钡熔体；
c、将步骤b得到硼酸铅钡熔体以0.5℃/h速率降至550℃，再以1℃/h的速率缓慢降至室温，在降温中使用铂丝悬挂法获得小晶体作为籽晶；
d、将步骤b的熔体降温至677℃，将步骤c得到的籽晶固定在籽晶杆上，从晶体生长炉顶端放入熔体表面接触，保温50min；
e、将步骤d的熔体降温至671℃，以50r/min的转速旋转籽晶杆，再以2.5℃/天的速率缓慢降温的条件下生长晶体；
f、待单晶生长到所需尺寸后，将晶体提离熔体液面，以1℃/h的速率降至550℃，再以10℃/h的速率降至室温，然后将晶体缓慢从炉膛中取出，即得到尺寸为25mm×20mm×9mm的硼酸铅钡pbba2b6o12光学晶体。
实施例5
按反应式pb(no3)2+2bao+6h3bo3→pbba2b6o12+9h2o↑+2no2↑+1/2o2↑合成化合物pbba2b6o12，具体操作步骤同实施例1步骤a；
b、将化合物硼酸铅钡单相多晶粉末放入铂金坩埚中，加热至温度715℃，恒温40h，得到硼酸铅钡熔体；
c、将步骤b得到硼酸铅钡熔体以2℃/h速率降至550℃，再以15℃/h的速率缓慢降至室温，结晶获得籽晶；
d、将步骤b的熔体降温至679℃，将步骤c得到的籽晶固定在籽晶杆上，从晶体生长炉顶端放入与步骤b熔体表面接触或伸入到熔体内，保温60min；
e、将步骤d的熔体降温至674℃，以50r/min的转速旋转籽晶杆，再以0℃/天的速率缓慢降温的条件下生长晶体；
f、待单晶生长到所需尺寸后，将晶体提离熔体液面，以1℃/h的速率降至550℃，再以12℃/h的速率降至室温，然后将晶体缓慢从炉膛中取出，即得到尺寸为23mm×17mm×10mm的硼酸铅钡pbba2b6o12光学晶体。
实施例6
按反应式pbo+2bao+3b2o3→pbba2b6o12合成化合物pbba2b6o12，具体操作步骤同实施例1步骤a；
b、将化合物硼酸铅钡单相多晶粉末放入铂金坩埚中，加热至温度720℃，恒温25h，得到硼酸铅钡熔体；
c、将步骤b得到硼酸铅钡熔体以温度1.5℃/h速率降至550℃，再以5℃/h的速率缓慢降至室温，结晶获得籽晶；
d、将步骤b的熔体降温至677℃，将步骤c得到的籽晶固定在籽晶杆上，从晶体生长炉顶端伸入到熔体内，保温35min；
e、将步骤d的熔体降温至672℃，以35r/min的转速旋转籽晶杆，再以2℃/天的速率缓慢降温的条件下生长晶体；
f、待单晶生长到所需尺寸后，将晶体提离熔体液面，以1℃/h的速率降至550℃，再以5℃/h的速率降至室温，然后将晶体缓慢从炉膛中取出，即得到尺寸为19mm×16mm×7mm的硼酸铅钡pbba2b6o12光学晶体。
实施例7
按反应式pbo+2baco3+3b2o3→pbba2b6o12+2co2↑合成化合物pbba2b6o12，具体操作步骤同实施例1步骤a；
b、将化合物硼酸铅钡单相多晶粉末放入铂金坩埚中，加热至温度725℃，恒温35h，得到硼酸铅钡熔体；
c、将步骤b得到硼酸铅钡熔体以2℃/h速率降至550℃，再以8℃/h的速率缓慢降至室温，结晶获得籽晶；
d、将步骤b的熔体降温至677℃，将步骤c得到的籽晶固定在籽晶杆上，从晶体生长炉顶端放入与步骤b熔体表面接触或伸入到熔体内，保温60min；
e、将步骤d的熔体降温至672℃，以50r/min的转速旋转籽晶杆，再以0℃/天的速率缓慢降温的条件下生长晶体；
f、待单晶生长到所需尺寸后，将晶体提离熔体液面，以1℃/h的速率降至550℃，再以8℃/h的速率降至室温，然后将晶体缓慢从炉膛中取出，即可得到尺寸为21mm×13mm×8mm的硼酸铅钡pbba2b6o12光学晶体。
实施例8
按反应式pbo+2ba(oh)2+3b2o3→pbba2b6o12+2h2o↑合成化合物pbba2b6o12，具体操作步骤同实施例1步骤a；
b、将化合物硼酸铅钡单相多晶粉末放入铂金坩埚中，加热至温度730℃，恒温25h，得到硼酸铅钡熔体；
c、将步骤b得到硼酸铅钡熔体以温度2.5℃/h速率降至550℃，再以15℃/h的速率缓慢降至室温，结晶获得籽晶；
d、将步骤b的熔体降温至678℃，将步骤c得到的籽晶固定在籽晶杆上，从晶体生长炉顶端伸入到熔体内，保温45min；
e、将步骤d的熔体降温至673℃，以45r/min的转速旋转籽晶杆，再以2℃/天的速率缓慢降温的条件下生长晶体；
f、待单晶生长到所需尺寸后，将晶体提离熔体液面，以1℃/h的速率降至550℃，再以15℃/h的速率降至室温，然后将晶体缓慢从炉膛中取出，即可得到尺寸为17mm×14mm×6mm的硼酸铅钡pbba2b6o12光学晶体。
实施例9
将实施例1－8所得任意的pbba2b6o12晶体，用于制备楔形双折射晶体偏振分束器(图2所示)，一个楔形的双折射晶体，光轴的取向如图2所示，当一束自然光入射晶体后可以分成两束线偏振光，双折射率越大，两束光分开的越远，从而便于光束的分离。
实施例10
将实施例1－8所得任意的pbba2b6o12晶体，用于制备光隔离器，将一个入射光束偏振面旋转45°的法拉第光旋转器置于一对彼此45°交叉放置的双折射晶体偏转器之间，则可构成一台光隔离器，它只允许正向传播的光束通过该系统，而将反向传播的光束阻断，图4a表示入射的光束可以通过，图4b表示反射光被阻止了。
实施例11
将实施例1-8所得的任意的pbba2b6o12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。