一种紫外双折射Ba3InB9O18制备方法、产品及应用

本发明涉及晶体生长，具体涉及一种紫外双折射ba3inb9o18制备方法、产品及应用。

背景技术：

1、双折射晶体在光学领域具有广泛的应用，特别是在制造光学循环器、光束位移器、电光q开关等设备中扮演着关键的角色。这些设备在光学通信、激光调制等领域具有广泛的应用前景。因此，对双折射晶体的需求日益增长，对其性能的要求也日益严格。

2、无机硼酸盐材料的结构多样性和多功能特性使其在结构化学中具有独特的性能。b原子可与3或4个o原子配位，形成孤立的bo3或bo4四面体，这些基团可进一步聚合成无限链、片和网络，形成丰富多样的结构。硼酸盐材料通常具有宽透明范围、高激光损伤阈值和优秀的化学和热稳定性。

3、ba3inb9o18晶体是一种新型无机硼酸盐材料，其结构由b3o6环、规则的ino6八面体单元以及不规则的bao6和bao9多面体组成。其结构中的平面b3o6环沿(001)方向相互平行排列，b3o6的b单键o悬空键与in3+离子紧密结合，这使的ba3inb9o18晶体具有波长较短的紫外吸收边和相当大的双折射率，可作为一种紫外双折射晶体。

4、然而，传统的ba3inb9o18晶体生长方法包括提拉法或泡生法，但由于晶体生长体系粘度较大，导致生长的晶体容易产生气泡和裂纹等缺陷，从而影响晶体质量，引起光的散射，不利于该晶体的实际应用。同时，现有的双折射晶体在某些性能方面仍存在局限性。例如，在紫外和深紫外波段处(其波长小于200纳米)，很少有材料能够满足大双折射和高深紫外透射性能的需求。因此，研发一种能在紫外光谱中、特别是在深紫外光谱中具有大双折射率的晶体是当前光学材料领域亟待解决的问题。

技术实现思路

1、本发明针对背景技术中提出的目前紫外双折射ba3inb9o18晶体的制备方法中容易产生气泡和裂纹等缺陷、晶体品质差以及引发光散射，制备工艺复杂，生长成本高的问题。

2、针对上述问题，本发明的一个目的在于提供一种紫外双折射ba3inb9o18晶体的制备方法，所述的制备方法包括助熔剂缓冷法生长法和/或助熔剂顶部籽晶法生长法。

3、进一步，所述助熔剂缓冷法生长法包括：

4、1)根据化学通式ba3inb9o18分别计算baco3、inf3、in2o3、h3bo3，分别称取baco3(a.r.)a.r.表示分析纯，inf3(纯度为99.99％)，in2o3(纯度为99.99％)，h3bo3(纯度为99.9％)；

5、2)将步骤1)中的原料放到混料机内混合均匀，得到混合料ⅰ，然后将混合料ⅰ放入到压料机内，将混合料ⅰ压制成块状，得到块状混合料ⅰ；

6、3)将块状混合料ⅰ置于pt坩埚中，放入马弗炉中；

7、4)按50℃/h的升温速率将马弗炉内的温度升至170℃，在此温度下恒温保持4-6小时，使h3bo3完全脱水形成hbo2；然后按40℃/h的升温速率将马弗炉内的温度升至300℃，在此温度下恒温保持6-8小时，使硼酸完全分解；

8、5)按20-30℃/h的升温速率将马弗炉内的温度升至460℃，在此温度下恒温保持5-8小时，使h3bo3分解形成的b2o3完全熔化；然后按50-60℃/h的升温速率将马弗炉内的温度升至820℃，在此温度下恒温保持6-10小时，使baco3完全熔化；最后按60-80℃/h的升温速率将马弗炉内的温度升至900℃-1000℃，在此温度下恒温保持24h，待块状混合料ⅰ全部熔化后得到熔体；同时对马弗炉内的熔体进行排气，避免晶体生长过程中形成气泡等缺陷；

9、6)按10℃/h的降温速率，将熔体降至结晶温度后，再以1.5℃/h的降温速率将结晶后的熔体冷却至750-800℃，得到晶体；

10、7)按5.0℃/h的降温速率，将晶体冷却至400℃后，然后按20℃/h的降温速率将晶体冷却至室温，得到紫外双折射ba3inb9o18晶体。

11、进一步，所述助熔剂顶部籽晶法生长法包括：

12、1)将助熔剂缓冷法生长得到的紫外双折射ba3inb9o18晶体，切割为直径3mm，长度1cm的籽晶；

13、2)根据化学通式ba3inb9o18分别计算baco3、inf3、in2o3、h3bo3，分别称取baco3(a.r.)a.r.表示分析纯，inf3(纯度为99.99％)，in2o3(纯度为99.99％)，h3bo3(纯度为99.9％)；

14、3)将步骤2)中的原料放到混料机内混合均匀，得到混合料ⅰ，然后将混合料ⅰ放入到压料机内，将混合料ⅰ压制成块状，得到块状混合料ⅰ；

15、4)将块状混合料ⅰ置于pt坩埚中，放入马弗炉中；

16、5)按50℃/h的升温速率将马弗炉内的温度升至170℃，在此温度下恒温保持4-6小时，使h3bo3完全脱水形成hbo2；然后按40℃/h的升温速率将马弗炉内的温度升至300℃，在此温度下恒温保持6-8小时，使硼酸完全分解；

17、6)按20-30℃/h的升温速率将马弗炉内的温度升至460℃，在此温度下恒温保持5-8小时，使h3bo3分解形成的b2o3完全熔化，合适的升温速率可降低升温过程及晶体生长过程中b2o3的挥发，避免污染炉膛；然后按50-60℃/h的升温速率将马弗炉内的温度升至820℃，在此温度下恒温保持6-10小时，使baco3完全熔化；最后按60-80℃/h的升温速率将马弗炉内的温度升至900℃-1000℃，在此温度下恒温保持24h，待块状混合料ⅰ全部熔化后得到熔体；同时对马弗炉内的熔体进行排气，避免晶体生长过程中形成气泡等缺陷；

18、7)取步骤1)中的一个籽晶固定到铂金籽晶夹上，然后将籽晶缓慢放入到熔体上方；静止10-20分钟后，然后将籽晶浸入熔体内；

19、8)按10℃/h的降温速率，将熔体降至结晶温度后，再以1.5℃/h的降温速率将结晶后的熔体冷却至750-800℃，得到晶体；

20、9)按5.0℃/h的降温速率，将晶体冷却至400℃后，然后按20℃/h的降温速率将晶体冷却至室温，得到紫外双折射ba3inb9o18晶体。

21、进一步，所述压料机的压强为25-35mpa。

22、进一步，所述结晶温度为850-900℃。

23、进一步，所述籽晶位于熔体的上方，籽晶下端面与熔体上方的距离为1-2cm。

24、本发明的另一个目的在于通过助熔剂缓冷法生长法和/或助熔剂顶部籽晶法生长法制得的紫外双折射ba3inb9o18晶体。进一步，该紫外双折射ba3inb9o18晶体具有良好的紫外透明度，截止波长位于195nm，在253nm处的双折射率可达δn＝0.183。

25、本发明的另一个目的在于提供的紫外双折射ba3inb9o18晶体在格兰棱镜方面中的应用。

26、本发明的有益效果为：

27、1.本发明提供了一种适用于紫外波段、深紫外波段的双折射晶体，紫外双折射ba3inb9o18晶体具有良好的紫外透明度，截止波长位于195nm，在253nm处的双折射率可达δn＝0.183，可用于制作紫外格兰棱镜。

28、2.本发明提供的一种紫外双折射ba3inb9o18晶体的制备方法，通过精确控制原料配比、合适的升温速率、降温速率以及合适的熔化温度等相关关键参数，可以有效提高紫外双折射ba3inb9o18晶体的制备效率和产品质量；相较于现有的提拉法，本发明提供的晶体生长方法有效减少了散射颗粒，成功消除了光路中的散射，提高了晶体光学质量，使紫外双折射晶体有了实际应用价值。

29、3.本发明提供一种紫外双折射ba3inb9o18晶体的制备方法，该方法可以有效降低晶体生长体系的粘度，使得晶体生长体系粘度小，可有效减少晶体散射缺陷，提高晶体的光学质量，降低光的散射，有利于该晶体的实际应用。

30、4.本发明提供的一种紫外双折射ba3inb9o18晶体的制备方法，操作简单易行，可操作性强，具有良好的工业应用前景。

31、5.本发明提供的一种紫外双折射ba3inb9o18晶体的制备方法，本发明中采用阶梯式的升温速率，避免晶体在生长过程中造成h3bo3挥发严重，避免炉膛上部及炉盖上附有大量挥发物，避免污染炉膛，从而增加生产成本，从而影响晶体的质量。

32、6.本发明中采用阶梯式的降温速率，可以有效控制晶体的生长速度和质量，有效解决原料挥发问题并有效缩短晶体的制备时间。