CN102839421B - 可用于紫外深紫外的硼酸盐双折射晶体及生长方法和用途 - Google Patents

可用于紫外深紫外的硼酸盐双折射晶体及生长方法和用途 Download PDF

Info

Publication number
CN102839421B
CN102839421B CN201110167966.0A CN201110167966A CN102839421B CN 102839421 B CN102839421 B CN 102839421B CN 201110167966 A CN201110167966 A CN 201110167966A CN 102839421 B CN102839421 B CN 102839421B
Authority
CN
China
Prior art keywords
crystal
magnesium
barium
borate
ultraviolet
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201110167966.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102839421A (zh
Inventor
李如康
马营营
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Technical Institute of Physics and Chemistry of CAS
Original Assignee
Technical Institute of Physics and Chemistry of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Technical Institute of Physics and Chemistry of CAS filed Critical Technical Institute of Physics and Chemistry of CAS
Priority to CN201110167966.0A priority Critical patent/CN102839421B/zh
Priority to PCT/CN2012/000189 priority patent/WO2012174846A1/zh
Priority to US14/128,370 priority patent/US9360610B2/en
Publication of CN102839421A publication Critical patent/CN102839421A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102839421B publication Critical patent/CN102839421B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/30—Polarising elements
    • G02B5/3083—Birefringent or phase retarding elements
    • G02B5/3091—Birefringent or phase retarding elements for use in the UV
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B11/00—Single-crystal growth by normal freezing or freezing under temperature gradient, e.g. Bridgman-Stockbarger method
    • C30B11/006—Controlling or regulating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B11/00—Single-crystal growth by normal freezing or freezing under temperature gradient, e.g. Bridgman-Stockbarger method
    • C30B11/02—Single-crystal growth by normal freezing or freezing under temperature gradient, e.g. Bridgman-Stockbarger method without using solvents
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B11/00—Single-crystal growth by normal freezing or freezing under temperature gradient, e.g. Bridgman-Stockbarger method
    • C30B11/04—Single-crystal growth by normal freezing or freezing under temperature gradient, e.g. Bridgman-Stockbarger method adding crystallising materials or reactants forming it in situ to the melt
    • C30B11/06—Single-crystal growth by normal freezing or freezing under temperature gradient, e.g. Bridgman-Stockbarger method adding crystallising materials or reactants forming it in situ to the melt at least one but not all components of the crystal composition being added
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • C30B15/20—Controlling or regulating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B17/00—Single-crystal growth onto a seed which remains in the melt during growth, e.g. Nacken-Kyropoulos method
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/16—Oxides
    • C30B29/22—Complex oxides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B9/00—Single-crystal growth from melt solutions using molten solvents
    • C30B9/04—Single-crystal growth from melt solutions using molten solvents by cooling of the solution
    • C30B9/08—Single-crystal growth from melt solutions using molten solvents by cooling of the solution using other solvents
    • C30B9/12—Salt solvents, e.g. flux growth
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B1/00—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements
    • G02B1/02—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements made of crystals, e.g. rock-salt, semi-conductors
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/30—Polarising elements
    • G02B5/3083—Birefringent or phase retarding elements

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

本发明涉及的可用于紫外深紫外的硼酸盐双折射晶体，其化学式是Ba2Mg(B3O6)2，属三方晶系，空间群是R-3，其中a＝0.70528(3)nm，c＝1.65520(9)nm；Z＝12。该硼酸钡镁双折射晶体为负单轴晶体，ne＜no，透过范围是177-3000nm；双折射率在0.077-0.229之间；易于切割、易于研磨、易于抛光和易于保存，在空气中稳定，不易潮解。硼酸钡镁双折射晶体采用自熔体自发结晶法、熔体提拉法或助熔剂法生长；该硼酸钡镁双折射晶体具有较大的双折射率no-ne＝0.077-0.229；在光学和通讯领域有重要应用，可用于制作偏振分束棱镜。

Description

可用于紫外深紫外的硼酸盐双折射晶体及生长方法和用途
技术领域
本发明涉及可用于紫外深紫外的硼酸盐双折射晶体，特别是一种用于紫外深紫外的分子式为Ba2Mg(B3O6)2的硼酸钡镁(简称：BMBO)双折射晶体及制备和用途。
背景技术
一束入射到各向异性介质中的光经折射后变为两束光，称为双折射。折射后的两束光都是线偏振光且振动方向互相垂直，一束遵循折射定律，称为寻常光(o光)，另一束不遵循折射定律，称为非常光(e光)。由于晶体材料各向异性，这两束折射光线的夹角大小与光波的传播方向以及偏振状态有关。产生双折射现象的晶体可分为单轴晶体和双轴晶体，称为单轴晶体的材料属于三、四或六方晶系，称为双轴晶体的材料属于三斜、单斜或正交晶系，方便使用的双折射材料是单轴晶体。晶体的双折射是光电功能材料的重要光学性能参数，双折射晶体材料在光学和通讯领域有重要应用，广泛用于制作偏振起偏棱镜和偏振分束棱镜等。
常用的双折射材料主要有MgF2晶体，石英晶体，YVO4晶体，方解石(CaCO3)晶体等，以及近年报道的α-BBO晶体，Ca3(BO3)2晶体和ReBa3B9O18(Re＝Y、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Er、Dy、Ho、Tm、Yb、Lu)晶体等。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，期间尺寸大，使用不便；石英晶体的双折射率也很小，存在同样问题；YVO4晶体是一种优良的人工双折射晶体，但是它的透过范围是400-5000nm，不能用于紫外区；方解石晶体双折射大，是最常用的双折射晶体，但它主要以天然形式存在，杂质含量比较高，普通晶体只能使用于350nm以上波段，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)。近年来报道了几种硼酸盐双折射晶体：高温相BaB2O4(α-BBO)晶体的透过范围是189-3500nm，双折射率较大，但是该晶体易潮解，且存在固态相变，易在晶体生长过程中开裂，影响了晶体的成品率和利用率，且其紫外透过截止波长为189nm，限制了其在200nm以下波段的使用；Ca3(BO3)2晶体的透过范围是180-3800nm，缺点是在可见区双折射偏小，在深紫外区透过不高，也限制了它的使用；YBa3B9O18晶体由于含稀土元素，在紫外区存在吸收，透过范围仅为300-3000nm，不适用于深紫外区。本发明提供的Ba2Mg(B3O6)2双折射晶体的透过范围宽(177-3000nm)，并且双折射率大(no-ne＝0.077-0.229)，且可用于紫外深紫外波段(180-350nm)。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种可用于紫外深紫外的硼酸钡镁双折射晶体，其化学式Ba2Mg(B3O6)2(简称：BMBO)；其透过范围宽(177-3000nm)，并且双折射率大(no-ne＝0.077-0.229)，且可用于紫外深紫外波段(180nm-350nm)；
本发明的另一目的在于提供所述用于紫外深紫外的硼酸盐双折射晶体Ba2Mg(B3O6)2(简称：BMBO)的生长方法；
本发明的再一目的在于提供所述用于紫外深紫外的硼酸盐双折射晶体Ba2Mg(B3O6)2(简称：BMBO)的用途。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
本发明提供的可用于紫外深紫外的硼酸盐双折射晶体，其化学式是Ba2Mg(B3O6)2。
所述可用于紫外深紫外的硼酸盐双折射晶体属三方晶系，空间群是R-3，其中a＝0.70528(3)nm，c＝1.65520(9)nm；Z＝12。该硼酸钡镁双折射晶体为负单轴晶体，ne＜no，透过范围是177-3000nm；双折射率在0.077-0.229之间；易于切割、易于研磨、易于抛光和易于保存，在空气中稳定，不易潮解。
本发明提供的可用于紫外深紫外的硼酸盐双折射晶体的生长方法，其采用自熔体自发结晶法、熔体提拉法或助熔剂法生长晶体。
所述的自熔体自发结晶法生长晶体的步骤如下：
将含钡化合物、含镁化合物和含硼化合物按其中钡∶镁∶硼的摩尔比＝2∶1∶6的比例混合研磨，装入铂坩埚中，加热至熔融态得混合熔体，搅拌24-48小时，通过下尝试籽晶确定上述混合熔体的饱和点温度，将温度升至饱和点温度以上2-20℃，将没有绑籽晶的籽晶杆放入熔体中，然后以0.05-5℃/小时的速率降温，使其自发结晶，待结晶后，在降温速率为0.05-5℃/天条件下生长晶体；待晶体长到厘米级尺寸时，将晶体提离液面，并以2-100℃/h的速率降至室温，得到硼酸钡镁双折射晶体。
所述的熔体提拉法生长晶体的步骤如下：
将含钡化合物、含镁化合物和含硼化合物按其中钡∶镁∶硼的摩尔比＝2∶1∶6的比例混合研磨，装入铂坩埚中，加热至熔融态得混合熔体，搅拌24-48小时，通过下尝试籽晶确定上述混合熔体的饱和点温度；将温度升至饱和点温度以上2-20℃时，将籽晶杆末端装有籽晶的籽晶杆放入接触混合熔体表面或者使其伸入到混合熔体内；下籽晶后0-60分钟，将温度降至饱和点温度，同时以0-100转/分的旋转速率旋转籽晶杆，然后以0.05-5℃/天的速率降温，以0.01-10mm/h的提拉速度提拉的条件下生长晶体；待晶体长到厘米级尺寸时，将晶体提离液面，并以2-100℃/h的速率降至室温，得到硼酸钡镁双折射晶体。
所述的助熔剂法生长晶体的步骤如下：
将含钡化合物、含镁化合物、含硼化合物和助熔剂混合研磨，装入铂坩埚中，加热至熔融态得混合熔体，搅拌24-48小时，通过下尝试籽晶确定上述混合熔体的饱和点温度；将温度升至饱和点温度以上2-20℃时，将籽晶固定在籽晶杆末端，将籽晶杆从生长炉内放入，使其接触混合熔体表面或者使其伸入到熔体内；下籽晶后0-60分钟，将温度降至饱和点温度，同时以0-100转/分的旋转速率旋转籽晶杆，然后以0.05-5℃/天的速率降温的条件下生长晶体；待晶体长到厘米级尺寸时，将晶体提离液面，并以2-100℃/h的速率降至室温，得到硼酸钡镁双折射晶体。
所述含钡化合物、含镁化合物和含硼化合物按其中的钡∶镁∶硼的摩尔比＝2∶1∶6的比例混合构成化合物原料；所述化合物原料与助熔剂的摩尔比为1∶(0.2～4)；
所述助熔剂为氟化钠、氧化钠、氟化钡、氯化钡、氯化钠、氧化锂、氧化硼或它们的混合物。
所述的含钡化合物为纯度不低于99.9％的氧化钡、氢氧化钡、卤化钡、碳酸钡、硝酸钡、硫酸钡、乙酸钡或草酸钡；所述的含镁化合物为纯度不低于99.9％的氧化镁、氢氧化镁、卤化镁、碳酸镁、硝酸镁、硫酸镁、乙酸镁或草酸镁；所述的含硼化合物为纯度不低于99.9％的硼酸或氧化硼。
所述助熔剂的纯度不低于99.9％。
本发明提供的可用于紫外深紫外的硼酸盐双折射晶体的用途为：所述硼酸钡镁双折射晶体用于制作偏振分束棱镜。所述的偏振分束棱镜为格兰型棱镜、渥拉斯顿棱镜、洛匈棱镜或光束分离偏振器。
本发明的优点如下：本发明提供的Ba2Mg(B3O6)2双折射晶体的透过范围宽(177-3000nm)，双折射率大(no-ne＝0.077-0.229)，可用于紫外深紫外波段(180-350nm)。且易于切割、易于研磨、易于抛光和易于保存，在空气中稳定，不易潮解。在制作偏振分束棱镜方面能够得到广泛应用。
附图说明
图1为用于紫外深紫外的硼酸钡镁双折射晶体的结构图；
图2为本发明生长的用于紫外深紫外的硼酸钡镁双折射晶体切割出棱镜示意图；
图3为本发明的用于紫外深紫外的硼酸钡镁双折射晶体折射率n与波长λ的关系图；
图4为用本发明的用于紫外深紫外的硼酸钡镁双折射晶体制作格兰型棱镜的示意图；
图5为用本发明的用于紫外深紫外的硼酸钡镁双折射晶体制作渥拉斯顿棱镜的示意图；
图6为用本发明的用于紫外深紫外的硼酸钡镁双折射晶体制作洛匈棱镜的示意图；
图7为用本发明的用于紫外深紫外的硼酸钡镁双折射晶体制作光束分离偏振器的示意图。
具体实施方式
实施例1，熔体提拉法生长Ba2Mg(B3O6)2：
所用原料(分析纯)：BaCO3                  986.7g
MgO                                      100.75g
HBO3                                     927.45g
(其中的Ba，Mg与B的摩尔比为2∶1∶6)
具体步骤如下：将上述原料称量好后，放入研钵中混合研磨，然后装入φ85mm×85mm铂坩埚中，加热至熔融态得混合熔体，搅拌48小时，通过下尝试籽晶确定上述混合熔体的饱和点温度。混合熔体温度高于饱和点温度1℃时下籽晶：将籽晶固定在籽晶杆末端，将籽晶杆从自制的生长炉内放入，使其接触混合熔体表面或者使其伸入到熔体内；下籽晶后30分钟，将温度降至饱和点温度，同时以25转/分的旋转速率旋转籽晶杆，然后以0.1℃/天的速率降温，以0.05mm/h的提拉速度提拉，晶体逐渐长大，待晶体长到一定尺寸时，将晶体提离液面，以7℃/h的速率降至室温，得到41×27×9mm3的晶体，晶体透明区域大，将所得晶体进行透过测试，结果表明透过范围为177-3000nm。
实施例2，熔体自发结晶法生长Ba2Mg(B3O6)2：
所用原料(分  析纯)：BaCO3               3197.36g
MgO                                     20.17g
HBO3                                    185.49g
(其中的Ba、Mg与B的摩尔比为2∶1∶6)
具体步骤如下：将上述原料称量好后，放入研钵中混合研磨，然后装入φ54mm×48mm铂坩埚中，加热至熔融态得混合熔体，搅拌48小时，通过下尝试籽晶确定上述混合熔体的饱和点温度，将温度设定在饱和温度以上1℃，将未绑籽晶的籽晶杆放入熔体中，然后0.5℃/小时的速率降温，使其自发结晶，待结晶后，降温速率设为0.5℃/天，晶体逐渐长大，待晶体长到一定尺寸时，将晶体提离液面，以15℃/h的速率降至室温，得到40mm×38mm×2mm的晶体。
实施例3，助熔剂法生长Ba2Mg(B3O6)2：
所用原料(分析纯)：BaCO3              78.95g
MgO                                  8.06g
HBO3                                 74.3g
NaF                                  1.68g(其中的Ba、Mg、B与NaF的摩尔比为2∶1∶6∶0.2等同于BMBO与NaF的摩尔比为1∶0.2)
具体步骤如下：将上将原料称量好后，放入研钵中混合研磨，然后装入铂坩埚中，加热至熔融态得混合熔体，搅拌48小时，通过下尝试籽晶确定上述混合熔体的饱和点。混合熔体温度高于饱和点温度3℃时下籽晶：将籽晶固定在籽晶杆末端，将籽晶杆从自制的生长炉内放入，使其接触混合熔体表面或者使其伸入到熔体内；下籽晶后30分钟，将温度降至饱和点温度，同时以15转/分的旋转速率旋转籽晶杆，然后以0.1℃/天的速率降温，晶体逐渐长大，待晶体长到一定尺寸时，将晶体提离液面，以15℃/h的速率降至室温，得到10mm×10mm×5mm的晶体。
实施例4 助熔剂法生长Ba2Mg(B3O6)2
所用原料(分析纯)：BaCO3                78.95g
MgO                                    8.06g
HBO3                                   74.3g
NaF                                    8.4g
(其中的Ba、Mg、B与NaF的摩尔比为2∶1∶6∶1等同于BMBO与NaF的摩尔比为1∶1)
具体步骤如下：将上将原料称量好后，放入研钵中混合研磨，然后装入铂坩埚中，加热至熔融态得混合熔体，搅拌48小时，通过下尝试籽晶确定上述混合熔体的饱和点。混合熔体温度高于饱和点温度3℃时下籽晶：将籽晶固定在籽晶杆末端，将籽晶杆从自制的生长炉内放入，使其接触混合熔体表面或者使其伸入到熔体内；下籽晶后30分钟，将温度降至饱和点温度，同时以15转/分的旋转速率旋转籽晶杆，然后以0.1℃/天的速率降温，晶体逐渐长大，待晶体长到一定尺寸时，将晶体提离液面，以15℃/h的速率降至室温，得到14mm×10mm×6mm的晶体。
实施例5 助熔剂法生长Ba2Mg(B3O6)2：
所用原料(分析纯)：BaCO3                78.95g
MgO                                    8.06g
HBO3                                   74.3g
NaF                                    33.6g
(其中的Ba，Mg、B与NaF的摩尔比为2∶1∶6∶4等同于BMBO与NaF摩尔比为1∶4)
具体步骤如下：将上述原料称量好后，放入研钵中混合研磨，然后装入铂坩埚中，加热至熔融态得混合熔体，搅拌48小时，通过下尝试籽晶确定上述混合熔体的饱和点。混合熔体温度高于饱和点温度3℃时下籽晶：将籽晶固定在籽晶杆末端，将籽晶杆从自制的生长炉内放入，使其接触混合熔体表面或者使其伸入到熔体内；下籽晶后30分钟，将温度降至饱和点温度，同时以15转/分的旋转速率旋转籽晶杆，然后以0.1℃/天的速率降温，晶体逐渐长大，待晶体长到一定尺寸时，将晶体提离液面，以15℃/h的速率降至室温，得到12mm×9mm×6mm的晶体。
实施例6 对上述实施例所制Ba2Mg(B3O6)2晶体的折射率测试：
用实施例1所获得的晶体切割出棱镜(图2)进行折射率测试。表1列出了295K时几个波长的折射率测试结果。可以获得Ba2Mg(B3O6)2晶体的色散方程：Sellmeier方程式：
n e 2 = 2.507979 + 0.013277 λ 2 - 0.013615 - 0.003774 λ 2
n o 2 = 2.87791 + 0.018944 λ 2 - 0.01677 - 0.017475 λ 2
利用该方程可以在一定波长范围内(180-3000nm)计算实施例1所制晶体的折射率值。图3为所得折射率n与波长λ的关系图。
表1如下：
  波长λ(μm)   ne   no   双折射率Δn
  0.2537   1.6642   1.8097   0.1455
  0.3630   1.6183   1.7433   0.1250
  0.4047   1.6113   1.7334   0.1221
  0.5875   1.5958   1.7116   0.1158
  1.0140   1.5866   1.6967   0.1081
  2.3250   1.5780   1.6694   0.0914
实施例7，用本发明的用于紫外深紫外的硼酸钡镁双折射晶体制作格兰型棱镜：
双折射晶体BMBO-加拿大树脂(或空气薄层)-双折射晶体BMBO构成格兰型棱镜(图4)，晶体ne＜no。当入射光垂直于棱镜端面入射时，o光和e光均不发生偏折，在斜面上的入射角等于棱镜斜面与直角面的夹角。制作时使棱镜斜面与直角面的夹角大于o光在胶合面上的临界角，这样o光在胶合面上将发生全反射，并被棱镜直角面上的涂层吸收或通过o光外泻窗口外泻，而e光由于折射率几乎不变而无偏折地从棱镜出射。
实施例8，用本发明的硼酸钡镁双折射晶体制作渥拉斯顿棱镜：
由两个双折射晶体BMBO棱镜粘合构成渥拉斯顿棱镜(图5)，其中两个双折射晶体棱镜的光轴相互垂直。入射光垂直入射到棱镜端面，在棱镜1内，o光和e光以不同速度沿同一方向行进，光从棱镜1进入棱镜2时，光轴转了90度，o光变e光，e光变o光，进入空气后，均是由光密介质进入光疏介质，得到进一步分开的二束线偏振光。双折射率越大，越有利于光束的分离。
实施例9 用本发明的硼酸钡镁双折射晶体制作洛匈棱镜：
由两个双折射晶体BMBO棱镜粘合构成洛匈棱镜(图6)，其中两个双折射晶体棱镜的光轴相互垂直。入射光垂直入射棱镜，光在第一棱镜中沿着光轴方向传播，不产生双折射，o光、e光都以o光速度沿同一方向行进。进入第二棱镜后，光轴转过90度，平行于图面振动的e光在第二棱镜中变为o光，这支光在两块棱镜中速度不变，无偏折的射出棱镜。垂直于图面振动的o光在第二棱镜中变为e光，得到两束分开的振动方向互相垂直的线偏振光。
实施例10 用本发明的硼酸钡镁双折射晶体制作光束分离偏振器。
加工一个双折射晶体BMBO，使其光轴面与棱成45度角(图7)。当入射光垂直入射后，两束光分离，双折射率越大，越有利于光束的分离。

Claims (9)

1.一种可用于紫外深紫外的硼酸盐双折射晶体，其化学式是Ba2Mg(B3O6)2；所述可用于紫外深紫外的硼酸盐双折射晶体属三方晶系，空间群是R-3，其中a＝0.70528(3)nm，c＝1.65520(9)nm；Z＝12,该硼酸钡镁双折射晶体为负单轴晶体，ne<no,透过范围是177-3000nm；双折射率在0.077-0.229之间；易于切割、易于研磨、易于抛光和易于保存，在空气中稳定，不易潮解。
2.一种权利要求1所述的可用于紫外深紫外的硼酸盐双折射晶体的生长方法，其采用自熔体自发结晶法、熔体提拉法或助熔剂法生长晶体。
3.按权利要求2所述的可用于紫外深紫外的硼酸盐双折射晶体的生长方法，其特征在于，所述的自熔体自发结晶法生长晶体的步骤如下：
将含钡化合物、含镁化合物和含硼化合物按其中钡：镁：硼的摩尔比＝2:1:6的比例混合研磨，装入铂坩埚中，加热至熔融态得混合熔体，搅拌24-48小时，通过下尝试籽晶确定上述混合熔体的饱和点温度，将温度升至饱和点温度以上2-20℃，将没有绑籽晶的籽晶杆放入熔体中，然后以0.05-5℃/小时的速率降温，使其自发结晶，待结晶后，在降温速率为0.05-5℃/天条件下生长晶体；待晶体长到厘米级尺寸时，将晶体提离液面，并以2-100℃/h的速率降至室温，得到硼酸钡镁双折射晶体。
4.按权利要求2所述的可用于紫外深紫外的硼酸盐双折射晶体的生长方法，其特征在于，所述的熔体提拉法生长晶体的步骤如下：
将含钡化合物、含镁化合物和含硼化合物按其中钡：镁：硼的摩尔比＝2:1:6的比例混合研磨，装入铂坩埚中，加热至熔融态得混合熔体，搅拌24-48小时，通过下尝试籽晶确定上述混合熔体的饱和点温度；将温度升至饱和点温度以上2-20℃时，将籽晶杆末端装有籽晶的籽晶杆放入接触混合熔体表面或者使其伸入到混合熔体内；下籽晶后0-60分钟，将温度降至饱和点温度，同时以0-100转/分的旋转速率旋转籽晶杆，然后以0.05-5℃/天的速率降温，以0.01-10mm/h的提拉速度提拉的条件下生长晶体；待晶体长到厘米级尺寸时，将晶体提离液面，并以2-100℃/h的速率降至室温，得到硼酸钡镁双折射晶体。
5.按权利要求2所述的可用于紫外深紫外的硼酸盐双折射晶体的生长方法，其特征在于，所述的助熔剂法生长晶体的步骤如下：
将含钡化合物、含镁化合物、含硼化合物和助熔剂混合研磨，装入铂坩埚中，加热至熔融态得混合熔体，搅拌24-48小时，通过下尝试籽晶确定上述混合熔体的饱和点温度；将温度升至饱和点温度以上2-20℃时，将籽晶固定在籽晶杆末端，将籽晶杆从生长炉内放入，使其接触混合熔体表面或者使其伸入到熔体内；下籽晶后0-60分钟，将温度降至饱和点温度，同时以0-100转/分的旋转速率旋转籽晶杆，然后以0.05-5℃/天的速率降温的条件下生长晶体；待晶体长到厘米级尺寸时，将晶体提离液面，并以2-100℃/h的速率降至室温，得到硼酸钡镁双折射晶体；
所述含钡化合物、含镁化合物和含硼化合物按其中的钡：镁：硼的摩尔比＝2:1:6的比例混合构成化合物原料；所述化合物原料与助熔剂的摩尔比为1:(0.2～4)；
所述助熔剂为氟化钠、氧化钠、氟化钡、氯化钡、氯化钠、氧化锂、氧化硼或它们的混合物。
6.按权利要求3、4或5所述的可用于紫外深紫外的硼酸盐双折射晶体的生长方法，其特征在于，所述的含钡化合物为纯度不低于99.9％的氧化钡、氢氧化钡、卤化钡、碳酸钡、硝酸钡、硫酸钡、乙酸钡或草酸钡；所述的含镁化合物为纯度不低于99.9％的氧化镁、氢氧化镁、卤化镁、碳酸镁、硝酸镁、硫酸镁、乙酸镁或草酸镁；所述的含硼化合物为纯度不低于99.9％的硼酸或氧化硼。
7.按权利要求5所述的可用于紫外深紫外的硼酸盐双折射晶体的生长方法，其特征在于所述助熔剂的纯度不低于99.9％。
8.一种权利要求1所述的可用于紫外深紫外的硼酸盐双折射晶体的用途，其特征在于，所述硼酸钡镁双折射晶体用于制作偏振分束棱镜。
9.按权利要求8所述的可用于紫外深紫外的硼酸盐双折射晶体的用途，其特征在于，所述的偏振分束棱镜为格兰型棱镜、渥拉斯顿棱镜、洛匈棱镜或光束分离偏振器。
CN201110167966.0A 2011-06-21 2011-06-21 可用于紫外深紫外的硼酸盐双折射晶体及生长方法和用途 Active CN102839421B (zh)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201110167966.0A CN102839421B (zh) 2011-06-21 2011-06-21 可用于紫外深紫外的硼酸盐双折射晶体及生长方法和用途
PCT/CN2012/000189 WO2012174846A1 (zh) 2011-06-21 2012-02-17 可用于紫外深紫外的硼酸盐双折射晶体及生长方法和用途
US14/128,370 US9360610B2 (en) 2011-06-21 2012-02-17 Borate birefringent crystal applicable to ultraviolet (UV) or deep ultraviolet (DUV) range, and growth method and use thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201110167966.0A CN102839421B (zh) 2011-06-21 2011-06-21 可用于紫外深紫外的硼酸盐双折射晶体及生长方法和用途

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102839421A CN102839421A (zh) 2012-12-26
CN102839421B true CN102839421B (zh) 2015-06-10

Family

ID=47367129

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201110167966.0A Active CN102839421B (zh) 2011-06-21 2011-06-21 可用于紫外深紫外的硼酸盐双折射晶体及生长方法和用途

Country Status (3)

Country Link
US (1) US9360610B2 (zh)
CN (1) CN102839421B (zh)
WO (1) WO2012174846A1 (zh)

Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102839421B (zh) * 2011-06-21 2015-06-10 中国科学院理化技术研究所 可用于紫外深紫外的硼酸盐双折射晶体及生长方法和用途
CN102586877B (zh) * 2012-02-23 2015-07-22 中国科学院安徽光学精密机械研究所 一类包含硼氧六元环的拉曼晶体及其生长方法、用途
CN103074684B (zh) * 2013-01-15 2015-03-18 中国科学院理化技术研究所 用于紫外波段的硼酸盐双折射晶体及生长方法和用途
DE102013103282A1 (de) * 2013-04-02 2014-10-02 Carl Zeiss Laser Optics Gmbh Polarisatoranordnung zum räumlichen Trennen von Polarisationszuständen eines Lichtstrahlenbündels
CN103293586A (zh) * 2013-06-13 2013-09-11 曲阜师范大学 负折射单元偏光分束棱镜及偏光分束方法
CN104562197A (zh) * 2013-10-23 2015-04-29 中国科学院新疆理化技术研究所 化合物一水一硼酸二羟基十硼酸钡非线性光学晶体及制备方法和用途
CN104630887A (zh) * 2013-11-06 2015-05-20 中国科学院新疆理化技术研究所 氟硼酸钡钠双折射晶体及其制备方法和应用
CN105568381A (zh) * 2014-10-15 2016-05-11 中国科学院新疆理化技术研究所 磷酸钇双折射晶体及其生长方法和应用
CN106917139B (zh) * 2015-12-24 2019-10-15 中国科学院新疆理化技术研究所 偏硼酸锂晶体的制备方法和用途
CN109073529A (zh) * 2016-04-21 2018-12-21 厦泰生物科技公司 利用双激光束的流式细胞计数法
CN108957596B (zh) * 2018-03-09 2020-10-30 中国科学院福建物质结构研究所 包含方硼石晶体的深紫外窗口器件
CN108301045B (zh) * 2018-03-15 2021-02-12 中国科学院新疆理化技术研究所 偏硼酸钙双折射晶体及制备方法和用途
CN109137071A (zh) * 2018-06-25 2019-01-04 中国科学院理化技术研究所 一种用于紫外可见波段的氰尿酸钡镁双折射晶体及其制备方法和应用
CN109161959A (zh) * 2018-08-09 2019-01-08 中国科学院理化技术研究所 一种用于紫外可见波段的氰尿酸钡钙双折射晶体及制备方法和应用
CN111910250B (zh) * 2020-08-06 2021-11-19 齐鲁工业大学 一种紫外双折射晶体制备方法及用途
CN112505816B (zh) * 2020-11-30 2022-03-25 中国科学院新疆理化技术研究所 化合物硼酸钾钡和硼酸钾钡双折射晶体及制备方法和用途
CN114635190B (zh) * 2022-03-22 2023-03-24 季华实验室 一种有机无机杂化的双折射晶体及其制备方法和应用
CN115874289A (zh) * 2022-12-24 2023-03-31 中国科学院新疆理化技术研究所 大尺寸胍基四氟硼酸盐双折射晶体及生长方法和用途
CN116121869A (zh) * 2023-02-23 2023-05-16 中国科学院新疆理化技术研究所 化合物羟基氟化硼酸铵和羟基氟化硼酸铵双折射晶体及制备方法和用途

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102839421A (zh) * 2011-06-21 2012-12-26 中国科学院理化技术研究所 可用于紫外深紫外的硼酸盐双折射晶体及生长方法和用途

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3665205A (en) * 1971-02-16 1972-05-23 Bell Telephone Labor Inc Modified lithium niobate composition and devices utilizing same
US4931133A (en) * 1988-01-29 1990-06-05 Allied-Signal Inc. High temperature solution growth of barium borate (β-BaB2 O4)
JPH0212105A (ja) * 1988-06-29 1990-01-17 Nec Corp 複屈折回折格子型偏光子
US5343827A (en) * 1992-02-19 1994-09-06 Crystal Technology, Inc. Method for crystal growth of beta barium boratean
JPH07108837B2 (ja) * 1992-06-18 1995-11-22 日本電気株式会社 ベータバリウムボレイト単結晶の育成方法
US7599069B2 (en) * 2005-05-06 2009-10-06 The University Of Chicago Vector beam generator using a passively phase stable optical interferometer
CN101798707B (zh) 2009-02-11 2012-06-13 中国科学院理化技术研究所 非线性光学晶体BaMgBO3F及其制备方法和用途

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102839421A (zh) * 2011-06-21 2012-12-26 中国科学院理化技术研究所 可用于紫外深紫外的硼酸盐双折射晶体及生长方法和用途

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
STRUCTURE AND CRYSTAL-CHEMISTRY OF Ba2Ca(B3O6)2,Ba2Cd(B3O6)2,Ba2Mg(B3O6)2,Ba2Co(B3O6)2 AND Ba2Ni(B3O6)2;LIEBERTZ J, FROHLICH R.;《ZEITSCHRIFT FUR KRISTALLOGRAPHIE》;19841231;第168卷;第293-297页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN102839421A (zh) 2012-12-26
US20140133014A1 (en) 2014-05-15
WO2012174846A1 (zh) 2012-12-27
US9360610B2 (en) 2016-06-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102839421B (zh) 可用于紫外深紫外的硼酸盐双折射晶体及生长方法和用途
CN103074684B (zh) 用于紫外波段的硼酸盐双折射晶体及生长方法和用途
CN102677171B (zh) 一种硼酸钡钙双折射晶体及生长方法和用途
Li et al. Chemical engineering of a birefringent crystal transparent in the deep UV range
US11898268B2 (en) Calcium metaborate birefringent crystal, preparation method and use thereof
CN101323981B (zh) 一种双折射硼酸盐系晶体的用途
CN103849932B (zh) 一种氟硼酸钡钠紫外双折射晶体及生长方法和用途
CN109137071A (zh) 一种用于紫外可见波段的氰尿酸钡镁双折射晶体及其制备方法和应用
CN109161959A (zh) 一种用于紫外可见波段的氰尿酸钡钙双折射晶体及制备方法和应用
US10487419B2 (en) Preparation method and application of sodium barium fluoroborate birefringent crystal
US10604863B2 (en) Lithium metaborate crystal, preparation method and use thereof
CN110618476A (zh) 锡硼氧氯双折射晶体的应用
CN108425152B (zh) 偏硼酸锶双折射晶体及制备方法和用途
CN106149055B (zh) 化合物偏硼酸钠双折射晶体及制备方法和用途
CN111945228B (zh) 一种双折射晶体材料、其制备方法和用途
CN115504480B (zh) 化合物硼酸锌钡和硼酸锌钡双折射晶体及其制备方法和用途
CN114956110B (zh) 化合物三羟基氯三硼酸铯和三羟基氯三硼酸铯双折射晶体及制备方法和用途
CN106192001A (zh) 铯铅碳氧碘双折射晶体及制备方法和用途
CN112095149B (zh) 一种高含铈掺钪钆铁石榴石磁光晶体及其制备方法和应用
JP2011225400A (ja) 磁気光学素子用の単結晶および当該結晶を用いたデバイス
CN203337846U (zh) 基于α-BaTeMo2O9晶体的偏振棱镜
CN115506022A (zh) 化合物锗酸铌铯双折射晶体及其制备方法和用途
CN115341283B (zh) 一种硼酸锂钡铽磁光晶体及其制备方法和应用
CN110499531B (zh) 一种溴氰酸钡双折射晶体及其制备方法
CN114411253A (zh) 一种深紫外波段的硼酸铷钡双折射晶体及制备方法和用途

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant