CN103088424B - 化合物一水合硼酸钠非线性光学晶体及其制备方法和用途 - Google Patents
化合物一水合硼酸钠非线性光学晶体及其制备方法和用途 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103088424B CN103088424B CN201110339261.2A CN201110339261A CN103088424B CN 103088424 B CN103088424 B CN 103088424B CN 201110339261 A CN201110339261 A CN 201110339261A CN 103088424 B CN103088424 B CN 103088424B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- crystal
- lif
- sodium borate
- solution
- temperature
- 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
Links
Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
本发明涉及一种化合物一水合硼酸钠非线性光学晶体及其制备方法和用途，该晶体的化学式为Na2[BO2(OH)]·H2O，属于正交晶系，空间群为Pca21，分子量为123.81，其粉末倍频效应达到KDP(KH2PO4)的0.6倍。采用水溶液法，在3-60天内，通过缓慢挥发水分，得到晶体，选择质量较好的晶体作为籽晶，通过程序降温或恒温的方法即可得到具有厘米级的化合物一水合硼酸钠非线性光学晶体。该晶体生长过程具有操作简单，成本低，所用的试剂为无机原料，毒性低，生长周期短，物化性质稳定等优点。本发明的非线性光学晶体在倍频转换、光参量振荡器等非线性光学器件中可以得到广泛应用。
Description
技术领域
本发明涉及一种化合物一水合硼酸钠非线性光学晶体，该晶体的化学式为Na2[BO2(OH)]·H2O，及制备方法和利用该晶体制作的非线性光学器件。
背景技术
非线性光学晶体在许多领域，如激光技术、大气监测、国防等方面，都有着重要的应用价值。非线性光学材料是当代光电子产业的物质基础，是固体激光技术、红外技术、光通信与信息处理等领域发展的重要支柱，在科研、工业、交通、国防和医疗卫生等方面发挥越来越重要的作用。当前，直接利用非线性光学晶体所能获得的激光波段有限，从紫外到红外谱区，尚存有激光空白波段，利用频率转换晶体，可将有限激光波长的激光转换成新波段的激光，这是获得新激光光源的重要手段。实现激光波长的高效率转换的关键问题是能否获得高质量、性能优良的非线性光学晶体。尽管如此，非线性光学晶体的综合性能仍然存在诸多不足，寻找和研究新型非线性光学晶体材料仍然是当前一个非常重要的工作。
依据透光波段和适用范围，非线性光学晶体材料可分为紫外光区、可见光区和红外光区非线性光学材料。
长期以来，寻找具有优良性质的紫外非线性光学材料一直是国内外科学家所关注的热点。研究最早的紫外波段的频率转换晶体是五硼酸钾(KB5O8·4H2O)晶体，虽然它的透过波段达真空紫外，但因其倍频系数甚小(仅为ADP晶体的1/10)，所以在应用上受到很大限制。自20世纪70年代末至80年代，科学家们相继发现了一系列具有优良性能的紫外非线性光学晶体，如BBO(β-偏硼酸钡)、LBO(三硼酸锂)、KBBF(氟硼酸铍钾)等。虽然这些材料的晶体生长技术已日趋成熟，但仍存在着明显的不足之处：如晶体易潮解、生长周期长、层状生长习性严重及价格昂贵等。因此，寻找新的紫外非线性光学晶体材料仍然是一个非常重要的工作。
发明内容
本发明的目的是为了弥补各类激光器发射激光波长的空白光谱区，提供一种紫外吸收边较低，透光波段较宽，二阶非线性光学系数较大，能够实现相位匹配，容易制备且稳定性较好的化合物一水合硼酸钠非线性光学晶体，该晶体化学式为Na2[BO2(OH)]·H2O。
本发明的另一目的是提供一种使用水溶液法操作简便的制备化合物一水合硼酸钠非线性光学晶体的方法。
本发明的再一目的是提供化合物一水合硼酸钠非线性光学晶体的用途。
本发明所述的一种化合物一水合硼酸钠非线性光学晶体，该晶体的化学式为Na2[BO2(OH)]·H2O，分子量为123.81，属于正交晶系，空间群为Pca21，单胞参数为
所述化合物一水合硼酸钠非线性光学晶体的制备方法，采用水溶液法制备晶体，具体操作按下列步骤进行：
a、将NaOH或Na2O溶解在去离子水中，加入H3BO3或B2O3，然后再加入LiF，在温度为25℃下的超声波中处理60min，使其充分混合溶解；
b、将步骤a中的溶液自然冷却至室温后，用膜封口并在膜上扎若干个小孔或者直接将溶液体系敞口，在反应温度25-50℃下静置10-60天；
c、待步骤b溶液在容器的底部生长出许多的晶体颗粒，直至晶体大小无明显变化，生长结束，将含有晶体的溶液过滤，得到一水合硼酸钠透明晶体；
d、选择质量较好的晶体作为籽晶，将其悬挂于已配制好的NaOH或Na2O，与LiF和H3BO3或B2O3的饱和水溶液中，通过1-5℃/天的降温速率降至室温或在温度25-50℃下恒温，恒温时间为5-60天，即可得到具有厘米级的一水合硼酸钠晶体。
步骤a中NaOH、LiF和H3BO3的摩尔比为：1∶1∶1；NaOH、LiF和B2O3的摩尔比为：2∶2∶1；Na2O、LiF和H3BO3的摩尔比为：1∶2∶2；Na2O、LiF和B2O3的摩尔比为：1∶2∶1。
步骤b溶液放在干净、无污染、空气无对流的环境中。
所述一水合硼酸钠非线性光学晶体，在制备倍频发生器、上或下频率转换器或光参量振荡器的用途。
本发明所述的化合物一水合硼酸钠非线性光学晶体，该晶体的分子式为Na2[BO2(OH)]·H2O，属于正交晶系，空间群为Pca21，分子量为123.81，晶体易生长，所使用的起始原料毒性低，对人体毒害小。
本发明所用的方法为水溶液法，即将起始原料按照一定比例混合后，在一定温度范围内通过缓慢挥发水分得到晶体后，然后选择质量较好的籽晶悬挂于新配的NaOH或Na2O，与LiF和H3BO3或B2O3的饱和水溶液中，通过程序降温或恒温的方法即可得到具有厘米级的透明的一水合硼酸钠非线性光学晶体。
制备化合物Na2[BO2(OH)]·H2O的化学反应式：
(1)NaOH+H3BO3+H2O+LiF→Na2[BO2(OH)]·H2O+H2O
(2)NaOH+B2O3+H2O+LiF→Na2[BO2(OH)]·H2O+H2O
(3)Na2O+H3BO3+H2O+LiF→Na2[BO2(OH)]·H2O+H2O
(4)Na2O+B2O3+H2O+LiF→Na2[BO2(OH)]·H2O+H2O
本发明中含NaOH，Na2O，H3BO3，LiF和B2O3等化合物可采用市售的试剂及原料，晶体极易长大且透明，具有操作简单，生长速度快，成本低，容易获得大尺寸晶体等优点。
本发明制备的一水合硼酸钠非线性光学晶体作为制备非线性光学器件，包括制作倍频发生器、上或下频率转换器和光参量振荡器。所述的用一水合硼酸钠非线性光学晶体制作的非线性器件包含将透过至少一束入射基波光产生至少一束频率不同于入射光的相干光。
所述一水合硼酸钠非线性光学晶体对光学加工精度无特殊要求。
附图说明
图1为本发明的粉末X-射线衍射图谱；
图2为本发明的晶体结构图；
图3为本发明制作的非线性光学器件的工作原理图，其中包括(1)为激光器，(2)为全聚透镜，(3)为一水合硼酸钠非线性光学晶体，(4)为分光棱镜，(5)为滤波片，ω为折射光的频率等于入射光频率或是入射光频率的2倍。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明进行详细说明：
实施例1：
以化学反应式NaOH+H3BO3+H2O+LiF→Na2[BO2(OH)]·H2O+H2O为例，制备化合物Na2[BO2(OH)]·H2O晶体，具体操按下列步骤进行：
按NaOH、LiF和H3BO3的摩尔比为1∶1∶1称取，将NaOH固体及H3BO3粉末溶解在盛有250mL去离子水的容器中，再将LiF固体粉末加入溶液中，在温度为25℃下的超声波中处理60min，使其充分混合；
然后将溶液取出，自然冷却至室温，用保鲜膜封口，然后在膜上扎若干小孔，将溶液放在干净、无污染、空气无对流的环境中，反应温度为25℃，静置60天；
60天后，在容器的底部有若干较小的晶体形成，待晶体继续长大，直至晶体大小无明显变化，生长结束，将含有晶体的溶液过滤，得到一水合硼酸钠透明晶体；
选择质量较好的晶体作为籽晶，将其悬挂于重新配制好的NaOH、LiF、H3BO3和水的饱和溶液中，其中NaOH、LiF和H3BO3的摩尔比为1∶1∶1，在温度25℃下恒温60天，即可得到具有厘米级的7mm×3mm×5mm化合物一水合硼酸钠晶体。
实施例2：
以化学反应式NaOH+B2O3+H2O+LiF→Na2[BO2(OH)]·H2O+H2O为例，制备化合物Na2[BO2(OH)]·H2O晶体，具体操作按下列步骤进行：
按NaOH、LiF和B2O3的摩尔比为2∶2∶1称取，将NaOH固体及B2O3粉末溶解在盛有500mL去离子水的容器中，再将LiF固体粉末加入溶液中，在温度为25℃下的超声波中处理60min，使其充分混合；
然后将溶液取出，自然冷却至室温，将溶液直接敞口放在干净、无污染、空气无对流的环境中，在反应温度45℃，静置50天；
50天后，在容器的底部有若干较小的晶体形成，待晶体继续长大，直至晶体大小无明显变化，生长结束，将含有晶体的溶液过滤，得到一水合硼酸钠透明晶体；
选择质量较好的晶体作为籽晶，将其悬挂于重新配制的NaOH、LiF，、B2O3和水的饱和溶液中，其中NaOH、LiF和B2O3的摩尔比为2∶2∶1，在温度40℃下恒温50天，即可得到具有厘米级的9mm×3mm×5mm化合物一水合硼酸钠晶体。
实施例3：
以化学反应式Na2O+H3BO3+H2O+LiF→Na2[BO2(OH)]·H2O+H2O为例，制备化合物Na2[BO2(OH)]·H2O晶体，具体操作按下列步骤进行：
按Na2O、LiF和H3BO3的摩尔比为1∶2∶2称取，将Na2O固体及H3BO3粉末溶解在盛有500mL去离子水的容器中，再将LiF固体粉末加入溶液中，在温度为25℃下的超声波中处理60min，使其充分混合；
然后将溶液取出，自然冷却至室温，将溶液直接敞口放在干净、无污染、空气无对流的环境中，在反应温度50℃，静置30天；
30天后，在容器的底部有若干较小的晶体形成，待晶体继续长大，直至晶体大小无明显变化，生长结束，将含有晶体的溶液过滤，得到一水合硼酸钠透明晶体；
选择质量较好的晶体作为籽晶，将其悬挂于重新配制的Na2O、LiF、H3BO3和水的饱和溶液中，其中Na2O、LiF和H3BO3的摩尔比为1∶2∶2，通过程序1℃/天的速率降至室温，即可得到具有厘米级的4mm×3mm×1mm化合物一水合硼酸钠晶体。
实施例4：
以化学反应式Na2O+B2O3+H2O+LiF→Na2[BO2(OH)]·H2O+H2O为例，制备化合物Na2[BO2(OH)]·H2O晶体，具体操作按下列步骤进行：
按Na2O、LiF和B2O3的摩尔比为1∶2∶1称取，将Na2O固体及B2O3粉末溶解在1000mL去离子水的容器中溶解，再将LiF固体粉末加入溶液中，在温度25℃下的超声波中处理60min，使其充分混合；
然后将溶液取出，自然冷却至室温，用保鲜膜封口，然后在膜上扎若干小孔，将溶液放在干净、无污染、空气无对流的环境中，在反应温度30℃，静置40天；
40天后，在容器的底部有若干较小的晶体形成，待晶体继续长大，直至晶体大小无明显变化，生长结束，将含有晶体的溶液过滤，得到一水合硼酸钠透明晶体；
选择质量较好的晶体作为籽晶，将其悬挂于重新配制的Na2O、LiF、B2O3和水的饱和溶液中，其中Na2O，LiF和B2O3的摩尔比为1∶2∶1，在温度50℃下恒温25天，即可得到具有厘米级的4mm×3mm×5mm化合物一水合硼酸钠晶体。
实施例5：
以化学反应式NaOH+H3BO3+H2O+LiF→Na2[BO2(OH)]·H2O+H2O为例，制备化合物Na2[BO2(OH)]·H2O晶体，具体操作按下列步骤进行：
按NaOH、LiF和H3BO3的摩尔比为1∶1∶1称取，将NaOH固体及H3BO3粉末溶解在盛有750mL去离子水的容器中，再将LiF固体粉末加入溶液中，在温度为25℃下的超声波中处理60min，使其充分混合；
然后将溶液取出，自然冷却至室温，用保鲜膜封口，然后在膜上扎若干小孔，将溶液放在干净、无污染、空气无对流的环境中，反应温度为45℃，静置30天；
30天后，在容器的底部有若干较小的晶体形成，待晶体继续长大，直至晶体大小无明显变化，生长结束，将含有晶体的溶液过滤，得到一水合硼酸钠透明晶体；
选择质量较好的晶体作为籽晶，将其悬挂于重新配制的NaOH、LiF、H3BO3和水的饱和溶液中，其中NaOH、LiF和H3BO3的摩尔比为1∶1∶1，通过程序5℃/天的速率降温至室温，即可得到具有厘米级的2mm×3mm×6mm化合物一水合硼酸钠晶体。
实施例6：
以化学反应式Na2O+B2O3+H2O+LiF→Na2[BO2(OH)]·H2O+H2O为例，制备化合物Na2[BO2(OH)]·H2O晶体，具体操作按下列步骤进行：
按Na2O，LiF和B2O3的摩尔比为1∶2∶1称取，将Na2O固体及B2O3粉末溶解在600mL去离子水的容器中，再将LiF固体粉末加入溶液中，在温度为25℃下的超声波中处理60min，使其充分混合；
然后将溶液取出，自然冷却至室温，将溶液直接敞口放在干净、无污染、空气无对流的环境中，在反应温度50℃，静置10天；
10天后，在容器的底部有若干较小的晶体形成，待晶体继续长大，直至晶体大小无明显变化，生长结束，将含有晶体的溶液过滤，得到一水合硼酸钠透明晶体；
选择质量较好的晶体作为籽晶，将其悬挂于重新配制的Na2O、LiF、B2O3和水的饱和溶液中，其中Na2O，LiF和B2O3的摩尔比为1∶2∶1，通过程序3℃/天的速率降温至室温，即可得到具有厘米级的6mm×3mm×5mm化合物一水合硼酸钠晶体。
实施例7：
将实施例1-6中所得的晶体，按附图3所示安置在3的位置上，在室温下，用调Q Nd:YAG激光器的1064nm输出作光源，观察到明显的532nm倍频绿光输出，输出强度约为同等条件KDP的0.6倍。
图3所示为，由调Q Nd:YAG激光器1发出波长为1064nm的红外光束经全聚透镜2射入一水合硼酸钠非线性光学晶体，产生波长为532nm的绿色倍频光，出射光束4含有波长为1064nm的红外光和532nm的绿光，经滤波片5滤去后得到波长为532nm的倍频光。
Claims (4)
1.一种化合物一水合硼酸钠非线性光学晶体，其特征在于该晶体的化学式为Na2[BO2(OH)]·H2O，分子量为123.81，属于正交晶系，空间群为Pca21，单胞参数为
2.根据权利要求1所述的化合物一水合硼酸钠非线性光学晶体的制备方法，其特征在于采用水溶液法制备晶体，具体操作按下列步骤进行：
a、将NaOH或Na2O溶解在去离子水中，加入H3BO3或B2O3，然后再加入LiF，在温度为25℃下的超声波中处理60min，使其充分混合溶解，其中NaOH、LiF和H3BO3的摩尔比为：1∶1∶1；NaOH、LiF和B2O3的摩尔比为：2∶2∶1；Na2O、LiF和H3BO3的摩尔比为：1∶2∶2；Na2O、LiF和B2O3的摩尔比为：1∶2∶1；
b、将步骤a中的溶液自然冷却至室温后，用膜封口并在膜上扎若干个小孔或者直接将溶液体系敞口，在反应温度25-50℃下静置10-60天；
c、待步骤b溶液在容器的底部生长出许多的晶体颗粒，直至晶体大小无明显变化，生长结束，将含有晶体的溶液过滤，得到一水合硼酸钠透明晶体；
d、选择质量较好的晶体作为籽晶，将其悬挂于已配制好的NaOH或Na2O，与LiF和H3BO3或B2O3的饱和水溶液中，通过1-5℃/天的降温速率降至室温或在温度25-50℃下恒温，恒温时间为5-60天，即可得到具有厘米级的一水合硼酸钠晶体。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于步骤b溶液放在干净、无污染、空气无对流的环境中。
4.根据权利要求1所述的一水合硼酸钠非线性光学晶体在制备倍频发生器、上或下频率转换器或光参量振荡器的用途。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201110339261.2A CN103088424B (zh) | 2011-11-01 | 2011-11-01 | 化合物一水合硼酸钠非线性光学晶体及其制备方法和用途 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201110339261.2A CN103088424B (zh) | 2011-11-01 | 2011-11-01 | 化合物一水合硼酸钠非线性光学晶体及其制备方法和用途 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN103088424A CN103088424A (zh) | 2013-05-08 |
| CN103088424B true CN103088424B (zh) | 2015-04-01 |
Family
ID=48201531
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201110339261.2A Active CN103088424B (zh) | 2011-11-01 | 2011-11-01 | 化合物一水合硼酸钠非线性光学晶体及其制备方法和用途 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN103088424B (zh) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104562208A (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钙非线性光学晶体及制备方法和用途 |
| CN104562207A (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锶非线性光学晶体及制备方法和用途 |
| CN104674346B (zh) * | 2013-11-26 | 2018-03-09 | 中国科学院新疆理化技术研究所 | 化合物一水合碳酸钠非线性光学晶体及其制备方法和用途 |
| CN106192012B (zh) * | 2016-09-07 | 2018-11-30 | 哈尔滨理工大学 | 一种高介电常数二异丙胺硝酸盐有机晶体及其生长方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101603203A (zh) * | 2009-07-17 | 2009-12-16 | 中国科学院新疆理化技术研究所 | 八水合偏硼酸锂非线性光学晶体及其制备方法和用途 |
-
2011
- 2011-11-01 CN CN201110339261.2A patent/CN103088424B/zh active Active
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101603203A (zh) * | 2009-07-17 | 2009-12-16 | 中国科学院新疆理化技术研究所 | 八水合偏硼酸锂非线性光学晶体及其制备方法和用途 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| Non-centrosymmetric sodium borate: Crystal growth, characterization and properties on Na2B4O12H10;Yongjiang Wang 等;《Solid State Sciences》;20100723;第12卷;第1726-1730页 * |
| Structure of Hydrated Sodium Borate Na2[BO2(OH)];SILVlO MENCHETTI 等;《Acta Cryst.》;19821231;第B38卷;第1282-1285页 * |
| Synthesis, Structure, and Properties of the Noncentrosymmetric Hydrated Borate Na2B5O8(OH)2H2O;Yongjiang Wang 等;《Inorg. Chem.》;20090722;第48卷(第16期);第7800-7804页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN103088424A (zh) | 2013-05-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101514479B (zh) | 大尺寸水合硼酸钾非线性光学晶体及其制备方法和用途 | |
| CN103114334B (zh) | 化合物四羟基硼酸钡和四羟基硼酸钡非线性光学晶体及制备方法和用途 | |
| CN101435108B (zh) | 大尺寸非线性光学晶体硼酸铅溴的制备方法 | |
| CN101603203B (zh) | 八水合偏硼酸锂非线性光学晶体及其制备方法和用途 | |
| CN105350081A (zh) | 硫酸锂钾非线性光学晶体的制备方法及用途 | |
| CN103088424B (zh) | 化合物一水合硼酸钠非线性光学晶体及其制备方法和用途 | |
| CN103696006A (zh) | 一水合羟基硼酸锶和一水合羟基硼酸锶非线性光学晶体及制备方法和用途 | |
| CN109023502A (zh) | 化合物氟碘酸铈和氟碘酸铈非线性光学晶体及制备方法和用途 | |
| CN103058266A (zh) | BaGa2GeS6化合物、BaGa2GeS6非线性光学晶体及制法和用途 | |
| CN100523311C (zh) | 钼酸碲钡晶体及其制备方法与应用 | |
| CN104562196A (zh) | 化合物水合硼酸铅非线性光学晶体及制备方法和用途 | |
| CN101591809B (zh) | 大尺寸水合硼酸钠非线性光学晶体及其制备方法和用途 | |
| CN105133012B (zh) | 水合硼酸锂非线性光学晶体的制备方法和用途 | |
| CN103205811A (zh) | 大尺寸氯氟硼酸钡非线性光学晶体及其制备方法和用途 | |
| CN106192002B (zh) | 铷硼碳氧碘氢和铷硼碳氧碘氢非线性光学晶体及制备方法和用途 | |
| CN107201547A (zh) | 硫酸锂铵非线性光学晶体的制备方法及用途 | |
| CN102071465B (zh) | 大尺寸非线性光学晶体水合硼酸钾、其制备方法及应用 | |
| CN104562208A (zh) | 化合物一水一硼酸二羟基十硼酸钙非线性光学晶体及制备方法和用途 | |
| CN102627317B (zh) | 化合物碱式硝酸铅和碱式硝酸铅非线性光学晶体及制备方法和用途 | |
| CN105274621A (zh) | 一种钼磷酸氟钾化合物、其非线性光学晶体及其制备方法和用途 | |
| CN101984152B (zh) | 化合物一水合二苹果酸硼铵非线性光学晶体及其生长方法和用途 | |
| CN105420807A (zh) | 一种硼酸铅钡化合物和硼酸铅钡非线性光学晶体及制备方法和用途 | |
| CN110306240A (zh) | 碘酸钾钠非线性光学晶体及其制备方法和用途 | |
| CN104562203A (zh) | 化合物硼酸锂铷非线性光学晶体及其制备方法和用途 | |
| CN104562204A (zh) | 钨酸碲铯晶体及其助熔剂生长方法与应用 |
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 |