CN103382574B - 非线性光学晶体Pb2TiOF(SeO3)2Cl及其制备和用途 - Google Patents

非线性光学晶体Pb2TiOF(SeO3)2Cl及其制备和用途 Download PDF

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Abstract

本发明涉及非线性光学晶体Pb2TiOF(SeO3)2Cl及其制备和用途。该化合物属于单斜晶系空间群为P21，晶胞参数为a=8.2863(5)Å，b=5.3781(2)Å，c=10.7167(6)Å，β=111.191(6)º，Z=2，晶胞体积为V=445.29(4)Å3。采用水热法制备。Pb2TiOF(SeO3)2Cl的粉末倍频(SHG)系数约为KDP(KH2PO4)的9.6倍。

Description

非线性光学晶体Pb2TiOF(SeO3)2Cl及其制备和用途
技术领域
本发明涉及一种新型非线性光学晶体材料。
背景技术
非线性光学晶体，具有倍频效应(SHG)，在激光频率转换、电光调制、光折变信息处理等高科技领域有着重要应用价值。非线性光学晶体材料在现代科学技术中，特别是若干军事和民用高科技领域中，例如潜艇深水通讯、激光致盲武器、海洋鱼群探测、光盘记录、彩色激光打印、激光投影电视、光计算和光纤通讯等，都有一系列重要应用。目前实际应用的非线性光学晶体包括α-LiIO3, KH2PO4 (KDP), KTiOPO4(KTP), LiB3O5(LBO), β-BaB2O4(BBO), LiNbO3(LNO)与 BaTiO3(BTO)等。
二阶非线性光学晶体材料必须具有非中心对称的结构。因此设计非线性光学材料的关键是如何诱导无心结构的形成及如何增加化合物的极化率，这是非线性光学材料设计与合成的难题。目前认为能产生无心结构的基团主要包括BO3 3-, PO4 3-等基团, 含孤对电子的离子如I(V)、Se(IV)、Te(IV)、Bi(III)、Pb(II)等及畸变八面体配位的d0电子构型的过渡金属离子如Ti(IV)、V(V)、Nb(V)、Ta(V)、Mo(VI)、W(VI)等。另外，卤化物具有较宽的带隙，所以卤素离子F-、Cl-、Br-、I- 受到越来越多的关注，并取得了突破性进展，如CsGeCl3,CsCdBr3, HgBr2 和NaSb3F10。基于已报道的研究，我们致力于将含铅的卤氧化物,Se4+/Te4+与d0过渡金属结合，希望取得结构新颖，性能良好的非线性材料。我们通过在亚硒酸盐的化合物中引入含铅的卤化物，以及容易发生二阶姜-泰勒畸变的d0电子构型的过渡金属Ti4+阳离子，发现一例新的非线性光学晶体，并研究了其倍频效应。相关工作，至今未见文献报道。
发明内容
本发明的目的: (1) 提供一种化合物，该化合物由以下分子式代表：Pb2TiOF(SeO3)2Cl; (2)提供化合物Pb2TiOF(SeO3)2Cl的制备方法; (3)提供化合物Pb2TiOF(SeO3)2Cl的潜在应用。
本发明提供的化合物化学式为Pb2TiOF(SeO3)2Cl，属于单斜晶系空间群为P21，晶胞参数为a = 8.2863(5) Å， b = 5.3781(2) Å，c = 10.7167(6) Å，β = 111.191(6) º，Z= 2，晶胞体积为V = 445.29(4) Å3。
化合物具有三维的骨架结构，结构中包含沿b轴方向的阴离子链 [TiOF(SeO3)2]3-和同样沿b轴方向的阳离子链Pb2Cl3+。Ti(1)O5F八面体通过共顶点形成沿b轴方向的链，Se(1)O3和Se(2)O3分别以桥连和单齿的形式悬挂在Ti(1)O5F的周围，形成沿b轴方向的阴离子链 [TiOF(SeO3)2]3-。阳离子链和阴离子链通过共用O原子和F原子形成三维骨架结构。
本发明提供了该化合物的制备方法，制备过程为：将原料PbCl2、TiO 2、SeO2称量，加水和氢氟酸装入23ml的水热反应釜内衬中，搅拌均匀，密封后装入水热反应釜。在箱式电阻炉中于210～230 ℃反应3～6天，冷却至室温，即可得到无色棒状晶体Pb2TiOF(SeO3)2Cl。将得到的化合物样品研磨成粉末，对其进行XRD测试。
本发明提供了该化合物的潜在用途，其特征在于：该晶体用于实现波长为1.064 μm的激光光束的二倍频或三倍频谐波输出。
利用调Q的Nd:YAG激光器输出的波长为1.064 μm的激光作为基频光进行粉末倍频法测试，表明Pb2TiOF(SeO3)2Cl非线性光学晶体具有较大的倍频效应，其粉末倍频效应约为KH2PO4 (KDP)的9.6倍，且能在1.064μm→0.532μm激光倍频过程实现相位匹配。
预期在激光频率转换、电光调制、光折变信息处理等高科技领域有着重要应用价值。此类非线性光学材料在现代科学技术中，特别是若干军事和民用高科技领域中，例如潜艇深水通讯、激光致盲武器、海洋鱼群探测、光盘记录、彩色激光打印、激光投影电视、光计算和光纤通讯等，都有一系列重要应用。
具体实施方式
实施例1
采用水热合成法合成化合物Pb2TiOF(SeO3)2Cl
PbCl2 (166.9 mg, 0.6 mmol), TiO2 (63.9 mg, 0.8 mmol), SeO2 (111.0 mg,1.0 mmol), HF (0.10 mL) 和 H2O (6 mL)装入水热反应釜中混合均匀，密封，置于箱式电阻炉中，经过600 min从30℃升温到230℃，恒温反应7200 min，最后以2℃每小时降至40℃，可得到无色棒状晶体。

Claims (3)

1.化合物化学式为Pb2TiOF(SeO3)2Cl的非线性光学晶体，属于单斜晶系，空间群为P21，晶胞参数为β＝111.191(6)°，Z＝2，晶胞体积为
2.权利要求1所述的非线性光学晶体的制备方法，采用水热法制备,其特征在于：采用PbCl2、TiO2、SeO2、氢氟酸为原料，密封高压反应釜中水热反应，反应温度为200～240℃反应时间3～6天，冷却至室温，即可获得Pb2TiOF(SeO3)2Cl。
3.权利要求1所述的非线性光学晶体的用途，用以实现波长为1.064μm的激光光束的二倍频或三倍频谐波输出。
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