化合物硒镓镁钙和硒镓镁钙红外非线性光学晶体及制备方法和应用

本发明涉及化合物硒镓镁钙及其红外非线性光学晶体的制备方法和应用，属于红外非线性光学晶体的领域。

背景技术：

1、非线性光学材料作为全固态激光器的核心器件在变频技术领域具有重要的应用价值。传统的氧基非线性光学晶体，例如kbe2bo3f2(kbbf)、β-bab2o4(β-bbo)、lib3o5(lbo)、linbo3(ln)、kh2po4(kdp)和ktio(po4)(ktp)具有优良的光学性能，被广泛的应用于紫外-可见-近红外波段，但由于它们较低的非线性光学系数和窄的红外截止边，此类晶体材料不适合应用于中、远红外波段。aggas2(ags)、aggase2(agse)和zngep2(zgp)等商业化红外非线性光学晶体材料普遍具有大的非线性光学系数和宽的红外截止边，然而，由于这些材料中的本征缺陷，如窄的带隙，低的激光损伤阈值，无法实现i型相位匹配，或者在1μm处的强双光子吸收，严重限制了它们在现代激光技术领域的应用。因此，亟需开发和设计具有宽带隙和大倍频效应的新型红外非线性光学晶体材料。

技术实现思路

1、本发明目的在于提供化学式为camg6ga6se16的化合物硒镓镁钙及制备方法；

2、本发明另一目的在于提供硒镓镁钙红外非线性光学晶体；

3、本发明再一目的在于提供硒镓镁钙非线性光学晶体的制备方法；

4、本发明还有一个目的在于提供硒镓镁钙非线性光学晶体的用途。

5、本发明所述的一种化合物硒镓镁钙，分子式为camg6ga6se16，分子量为2065.89，其结构属于六方晶系，空间群为

6、所述化合物硒镓镁钙的制备方法，按下列步骤进行：

7、a.按化学式camg6ga6se16的摩尔比ca:mg:ga:se＝1:6:6:16在氩气条件下称取原料，混合均匀；将混合物后装入石英容器中，并在真空条件下抽至10-3pa进行熔融密封；其中ca原料为ca或case；mg原料为mg或mgse；ga原料为ga或ga2se3，硒原料为se单质；

8、b.将步骤a中的密封的样品置于马弗炉中，以10-40℃/h的速率升温至900-950℃，恒温25-35h；再以10-20℃/h的速率降至室温，取出，放入研钵中进行捣碎研磨，得到粉末状的化合物硒镓镁钙。

9、一种硒镓镁钙红外非线性光学晶体，该晶体的化学式为camg6ga6se16，属于六方晶系，空间群为晶胞参数为

10、所述硒镓镁钙红外非线性光学晶体的制备方法，采用高温固相法和坩埚下降法制备：

11、所述高温固相法生长硒镓镁钙红外非线性光学晶体，具体操作按下列步骤进行：

12、a.按化学式camg6ga6se16的摩尔比ca:mg:ga:se＝1:6:6:16，混合均匀；装入石英管中，用真空泵将石英管抽到10-3pa真空度后进行熔融密封，其中ca源材料为ca或case；mg源

13、材料为mg或mgse；ga源材料为ga或ga2se3，se源材料为se单质；

14、b.将步骤a中石英管放入程序控温的马弗炉中，以10-20℃/h的升温速率升至900-950℃，保温25-35h，再以4-6℃/h的降温速率冷却至室温，得到硒镓镁钙红外非线性光学晶体；

15、所述坩埚下降法生长硒镓镁钙红外非线性光学晶体，具体操作按下列步骤进行：

16、a.按化学式camg6ga6se16的摩尔比ca:mg:ga:se＝1:6:6:16，混合均匀；装入石英管中，用真空泵将石英管抽到10-3pa真空度后进行熔融密封，其中ca源材料为ca或case；mg源

17、材料为mg或mgse；ga源材料为ga或ga2se3，se源材料为se单质；

18、b.将步骤a中石英管放入程序控温的坩埚下降炉中，以20-30℃/h升温速率为升至950-1000℃，并保温40-50h；

19、c.将步骤b中的石英管以0.1-0.2mm/h的速度垂直下降，晶体在坩埚下降炉下降过程中进行生长，生长周期为10-40天，在生长结束后，需将晶体在坩埚下降炉中进行持续退火，以温度20-40℃/h的降温速率降温至室温，得到硒镓镁钙红外非线性光学晶体；

20、或将步骤b中的石英管置于坩埚下降炉中，并将炉温按1-2℃/h的降温速率自950-1000℃降至室温，得到硒镓镁钙红外非线性光学晶体。

21、所述硒镓镁钙红外非线性光学晶体在制备红外全固态激光器、红外激光制导雷达、激光医疗或中远距离激光通讯中的用途。

22、本发明所述的化合物硒镓镁钙及其红外非线性光学晶体的制备方法和应用，以硒镓镁钙为例，所述硒镓镁钙晶体按下述化学反应式制备：

23、(1)ca+6mg+6ga+16se＝camg6ga6se16；

24、(2)case+6mg+6ga+15se＝camg6ga6se16；

25、(3)ca+6mgse+6ga+10se＝camg6ga6se16；

26、(4)ca+6mg+3ga2se3+7se＝camg6ga6se16；

27、(5)case+6mgse+6ga+9se＝camg6ga6se16；

28、(6)case+6mg+3ga2se3+6se＝camg6ga6se16；

29、(7)ca+6mgse+3ga2se3+se＝camg6ga6se16；

30、(8)case+6mgse+3ga2se3＝camg6ga6se16。

31、本发明所述的化合物硒镓镁钙及其红外非线性光学晶体的制备方法和应用,采用高温固相法或坩埚下降法均可获得尺寸大于2.90×0.90×0.10mm3的硒镓镁钙红外非线性光学晶体；使用大尺寸坩埚，并延长生长期，则可获得相应较大尺寸硒镓镁钙红外非线性光学晶体。

32、根据晶体的结晶学数据，将晶体毛坯定向，按所需角度、厚度和截面尺寸切割晶体，将晶体通光面抛光，即可作为非线性光学器件使用。

33、本发明所述一种硒镓镁钙红外非线性光学晶体在激光技术领域的应用，包括制备红外波段激光变频晶体、红外激光器、红外电光装置、红外通讯器件或红外激光制导器件中的用途。

34、本发明所述的硒镓镁钙红外非线性光学晶体光学器件具有宽的带隙(2.71ev)、高的激光损伤阈值(9.1×ags)、强的非线性光学效应(1.5×ags)。

35、本发明所述的化合物硒镓镁钙和硒镓镁钙红外非线性光学晶体，还包括同构的硒镓镁锶和硒镓镁钡。

技术特征：

1.一种化合物硒镓镁钙，其特征在于，该化合物的分子式为camg6ga6se16，分子量为2065.89，其结构属于六方晶系，空间群为采用高温固相法制成。

2.根据权利要求1所述化合物硒镓镁钙的制备方法，其特征在于按下列步骤进行：

3.一种硒镓镁钙红外非线性光学晶体，其特征在于，该晶体的化学式为camg6ga6se16，属于六方晶系，空间群为晶胞参数为

4.根据权利要求3所述的硒镓镁钙红外非线性光学晶体的制备方法，其特征在于，采用高温固相法和坩埚下降法制备：

5.如权利要求3所述的硒镓镁钙红外非线性光学晶体在制备红外全固态激光器、红外激光制导雷达、激光医疗或中远距离激光通讯中的用途。

技术总结
本发明涉及一种化合物硒镓镁钙和硒镓镁钙红外非线性光学晶体及制备方法和应用，该化合物的分子式为CaMg<subgt;6</subgt;Ga<subgt;6</subgt;Se<subgt;16</subgt;，分子量为2065.89，其结构属于六方晶系，空间群为P采用高温固相法制成，该晶体的化学式为CaMg<subgt;6</subgt;Ga<subgt;6</subgt;Se<subgt;16</subgt;，结晶于六方晶系，空间群为P。CaMg<subgt;6</subgt;Ga<subgt;6</subgt;Se<subgt;16</subgt;的晶胞参数为a=b=17.5327(3) Å，c=7.7603(2) Å，V=2065.89(9) Å<supgt;3</supgt;。采用高温固相法及坩埚下降法均可获得尺寸晶体。该晶体具有高抗激光损伤、非线性光学效应适中、透光波段宽、硬度较大、机械性能好、不易碎裂和潮解、易于加工和保存等优点，可用于制作红外非线性光学器件，包括红外波段激光变频晶体、红外激光器、红外电光装置、红外通讯器件或红外激光制导器件中的用途。

技术研发人员：李俊杰,潘世烈,王霖安
受保护的技术使用者：中国科学院新疆理化技术研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/2/29