CN101054727A - 非线性光学晶体钒酸钇钙及其制备方法和用途 - Google Patents

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林州斌
王国富
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Abstract

非线性光学晶体钒酸钇钙及其制备方法和用途，涉及人工晶体领域。采用提拉法，生长温度1360℃，10－30转/分钟的晶体转速，0.5－2毫米/小时的拉速，生长出了高光学质量、较大尺寸的Ca9Y(VO4)7晶体。该晶体属R3空间群，密度为3.53g/cm3，物理性能测试表明，该晶体的倍频系数为KDP晶体的4.7倍，其透过波段为360－3000nm，由于具有较理想的各种物理、化学和机械等性能，因此该晶体可望成为一种新的适用于可见和近红外波段的倍频激光晶体，并有望获得实际应用。

Description

非线性光学晶体钒酸钇钙及其制备方法和用途
技术领域
本发明属于光电子材料技术领域，特别是涉及作为激光器中的非线性光学晶体。
背景技术
非线性光学晶体材料是激光技术中广泛使用的一种晶体材料，它主要用于对激光波长进行变频，扩展激光器的可调谐频率范围。目前，得到广泛应用的主要是倍频、差频、和频等技术，它通常采用一块专门的非线性光学晶体，置于激光束前面来改变激光束的输出波长。
经过几十年来各国科学家的努力，目前已发现了许多非线性光学晶体，并有一些非线性光学晶体得到了实际应用，如：KDP、KTP、LBO、BBO、LiNbO3等，但因各种原因，尚未得到各波段均适用的非线性光学晶体，因此各国科学家仍旧在极力关注着各类新型非线性光学晶体的探索和研究。
钒酸钇钙(Ca9Y(VO4)7)晶体是一种新型的非线性光学晶体材料，它具有和Ca3(VO4)2相似的结构形式，我们通过研究，生长出了较大尺寸、高光学质量的Ca9Y(VO4)7晶体。测试表明该晶体的二阶非线性光学系数相当于4.7倍KDP，其透光范围在360-3000nm，晶体硬度为566.1HV。而且该晶体的其它物理化学、热及机械性能均较为理想。因此，Ca9Y(VO4)7晶体有望作为一种新型的非线性光学晶体材料，获得较高效率的相应的变频激光输出，从而获得实际应用。
发明内容
本发明的目的就在于研制一种新的非线性光学晶体，它具有较大的非线性光学系数，能适用于可见光和近红外光区域的变频材料。
钒酸钇钙是一种同成分熔化的化合物，因此可用提拉法来生长。我们经过实验找到了采用提拉法(Czochralski方法)生长钒酸钇钙晶体的较理想的生长条件，并生长出了高质量、较大尺寸的钒酸钇钙晶体(见实施例)。
具体的化学反应式如下：
18CaCO3+Y2O3+7V2O5＝2Ca9Y(VO4)7+18CO2
所用的原料纯度及厂家如下：
  药品名   纯度   厂家
  Y2O3   99.999％   中科院长春应用化学研究所
  CaCO3   99.50％   上海泗联化学试剂厂
  V2O5   99.99％   中国医药集团上海化学试剂公司
提拉法生长钒酸钇钙晶体，其主要生长条件如下：生长是在铱金坩锅中、惰性气体(如N2、Ar等)气氛下进行，晶体生长的参数为生长温度1360℃，提升速度为0.5～2.0毫米/小时，晶体转速为10～30转/分钟。
将生长出的Ca9Y(VO4)7晶体，在四圆衍射仪上进行了衍射数据的收集，结构分析表明，其属于三方晶系，具有R3空间群结构，其晶胞参数为：a＝10.86，c＝38.03，Z＝6，Dc＝3.53g/cm3。
将生长出Ca9Y(VO4)7晶体，进行了透过率、硬度及非线性光学系数等的分析测试，结果表明：Ca9Y(VO4)7晶体的非线性光学系数为KDP晶体的4.7倍，其透过波段为360-3000nm，晶体硬度为566.1HV。Ca9Y(VO4)7晶体在非线性光学系数、透光范围等物化性能方面均具有较理想的数值，且其易于生长出较好光学质量的晶体，生长成本低。因此，Ca9Y(VO4)7晶体有望成为一个好的非线性光学晶体，适用于可见光和近红外光区域激光的变频，制成可见光到近红外光区的谐波发生器件和可见光到近红外光区的光波导器件，并得到实际应用。
具体实施方式
实施例：提拉法生长Ca9Y(VO4)7晶体。
将按化学计量比准确称量好的CaCO3、Y2O3、V2O5混合研磨均匀，压片后，在马弗炉中于900℃固相反应24小时，取出后，再研磨、压片，升温至1150℃反应36小时。将合成好的以上样品装入φ45×35mm3的铱金坩锅中，放入提拉炉中，采用提拉法，在N2气氛中，生长温度为1360℃、晶体转速为15转/分钟，拉速为1毫米/小时的情况下，生长出了尺寸为φ25×20mm3的高质量的Ca9Y(VO4)7晶体。

Claims (3)

1.一种非线性光学晶体钒酸钇钙，其特征在于：该晶体的分子式为Ca9Y(VO4)7，晶体属于三方晶系，空间群为R3，晶胞参数：a＝10.86，c＝38.03，Z＝6，密度为3.53g/cm3。
2.一种权利要求1的非线性光学晶体钒酸钇钙的制备方法，其特征在于：该晶体采用提拉法生长，惰性气体气氛下进行，生长温度1360℃，10-30转/分钟的晶体转速，0.5-2毫米/小时的拉速。
3.一种权利要求1的非线性光学晶体钒酸钇钙的用途，其特征在于：该晶体用以制成可见光到近红外光区的谐波发生器件或用以制成从可见光到近红外光区的光波导器件。
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