CN107201545A - 硼硅酸盐化合物CsSiB3O7及其粉体制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公布了一种硼硅酸盐化合物、其粉体材料的制备方法及应用，该化合物的化学式为CsSiB3O7。将含Cs化合物、含Si化合物和含B化合物按化学计量比混合均匀；将混合物置于电阻炉中进行烧结，升温速率不限，结束后随炉冷却；将烧结后的产品经过充分研磨，即获得CsSiB3O7的粉体。该化合物具有较大的非线性光学效应和宽的透光范围，吸收截止边小于200nm，粉末倍频效应与KDP相同；具体具有较大的非线性系数；合适的双折射率；较宽的透光波段；较宽的相匹配范围；较高的抗损伤阈值；较好的化学和力学的稳定性；容易生长大尺寸、高质量的单晶；能够满足当前应用对非线性光学材料的性能需求，可应用于制备非线性光学器件。

Description

硼硅酸盐化合物CsSiB3O7及其粉体制备方法和应用
技术领域
本发明提供一种新型深紫外非线性光学材料，具体涉及一种非线性光学材料CsSiB3O7及其粉体制备方法与应用。
背景技术
激光因为其相干性好，单色性纯，方向性好，亮度高的特点，被广泛应用于激光医疗，材料加工，通讯及军事等领域。然而随着社会文明和科学技术的发展，高精度测量、激光医疗、激光显示和微加工等领域对激光光源的波长可协调范围提出了更高的要求。尽管目前的激光材料已经能够产生在一定范围内可调的相干光输出，但可调谐范围及其效率受到相当大的限制。从紫外、可见到红外以至于太赫兹仍有许多激光输出的空白区域，远不能满足高端科学研究和实际应用的需求。而使用非线性光学晶体，可以将现有激光器产生的特定波长，通过倍频、和频、差频、光参量振荡和放大等作用，获得新的激光波长。
通过几十年的探索，一批优秀的非线性光学晶体材料被开发了出来，如BBO(β-BaB2O4)，LBO(LiB3O5)，KTP(KTiOPO4)，LN(LiNbO3)以及后来发现的KBBF(K2BeBO3F2)等，它们在激光器多倍输出，差频、混频输出等各个方面展现了极大的应用价值，并实现了小于200nm的深紫外输出。虽然这些材料已经能够基本满足人们应用的需求，但也都有各自的不足，如光转换效率不高、晶体易潮解、层状生长习性以及价格昂贵等。
因此，现有非线性光学材料的性能尚有欠缺，难以适应当前对优异性能的非线性光学材料的应用要求，包括：(一)具有较大的非线性系数；(二)合适的双折射率；(三)较宽的透光波段；(四)较宽的相匹配范围；(五)较高的抗损伤阈值；(六)较好的化学和力学的稳定性；(七)容易生长大尺寸、高质量的单晶。
发明内容
本发明的目的是提供一类硼硅酸盐化合物及其粉体材料的制备方法及应用，此化合物具有较大的非线性光学效应和宽的透光范围，吸收截止边小于200nm，其粉末倍频效应为KDP的1倍。
本发明的技术方案是：
一种硼硅酸盐化合物，化学式为CsSiB3O7。所述硼硅酸盐化合物CsSiB3O7属于正交晶系，其平均结构的空间群为P21nb，晶胞参数为α＝90°，β＝90°和γ＝90°。
在室温下，用Nd：YAG激光器作光源(入射波长在1064nm的红外光)照射CsSiB3O7粉末产生强烈的532nm绿光，其倍频信号强度与磷酸二氢钾(KDP)相同。
本发明还提供上述非线性光学材料CsSiB3O7的粉体制备方法，采用固相法制备得到CsSiB3O7的粉体，步骤如下：
1)将含Cs化合物、含Si化合物和含B化合物按化学计量比混合均匀；
2)将上述混合物置于电阻炉中进行烧结(在600–750℃烧结24h)，升温速率不限，结束后随炉冷却，降温速率不能过快；
3)烧结后的产品经过充分研磨，即获得非线性光学材料CsSiB3O7的粉体。
所述含Cs化合物为Cs的氧化物、Cs的碳酸盐、Cs的硝酸盐或Cs的草酸盐。所述含Si化合物为Si的氧化物。所述含B化合物为硼酸或氧化硼。
本发明所述的CsSiB3O7作为一种具有优异非线性光学性能的材料，可用于制备非线性光学器件，制备倍频发生器、上频率转换器或下频率转换器、或光参量振荡器。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供一种具有优异非线性光学性能的类硼硅酸盐化合物CsSiB3O7及其粉体材料的制备方法及应用，此化合物CsSiB3O7具有较大的非线性光学效应和宽的透光范围，吸收截止边小于200nm，其粉末倍频效应为KDP的1倍；可用于制备非线性光学器件，制备倍频发生器、上频率转换器或下频率转换器、或光参量振荡器。
本发明是一种性能优异的非线性光学材料，透光范围较大，能够实现深紫外的频率转换，具体具有以下优点：(一)具有较大的非线性系数；(二)合适的双折射率；(三)较宽的透光波段；(四)较宽的相匹配范围；(五)较高的抗损伤阈值；(六)较好的化学和力学的稳定性；(七)容易生长大尺寸、高质量的单晶；能够满足当前应用对非线性光学材料的性能需求。
附图说明
图1是本发明制备化合物CsSiB3O7的方法流程框图。
图2是本发明实施例中制备得到的化合物CsSiB3O7的粉末XRD(X-raydiffraction，X射线衍射)谱图。
具体实施方式
下面结合附图，通过实施例进一步描述本发明，但不以任何方式限制本发明的范围。
本发明提供一种具有优异非线性光学性能的类硼硅酸盐化合物CsSiB3O7及其粉体材料的制备方法及应用，此化合物CsSiB3O7具有较大的非线性光学效应和宽的透光范围，吸收截止边小于200nm，其粉末倍频效应为KDP的1倍；可用于制备非线性光学器件，制备倍频发生器、上频率转换器或下频率转换器、或光参量振荡器。
以下实施例采用固相反应法合成制备非线性光学材料CsSiB3O7化合物粉体。反应方程式如下：
Cs2CO3+6H3BO3+2SiO2＝2CsSiB3O7+CO2↑+9H2O↑
图1为本发明制备化合物CsSiB3O7的方法流程，具体按下列步骤进行操作：
称取摩尔比为1:2:6的Cs2CO3、SiO2和H3BO3粉末共1.1g，用研钵将其研磨均匀，装入5ml的铂金坩埚中，置于马弗炉中，以10℃/min的速率升温至600–750℃(最佳温度为680℃)，保温24h后关闭电源，随炉冷却至室温，得到CsSiB3O7。其中CsSiB3O7的粉末XRD图谱如图2所示。
对上述实施例所得的CsSiB3O7粉体进行漫反射光谱测试，该粉体的吸收截止边均小于200nm。用Nd：YAG激光器作光源(入射波长在1064nm的红外光)照射CsSiB3O7粉末产生强烈的532nm绿光，其倍频信号强度是磷酸二氢钾(KDP)的1倍。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种硼硅酸盐化合物，化学式为CsSiB3O7。
2.如权利要求1所述硼硅酸盐化合物，其特征是，所述化合物CsSiB3O7属于正交晶系，其平均结构的空间群为P21nb；晶胞参数为α＝90°，β＝90°和γ＝90°。
3.如权利要求1所述硼硅酸盐化合物，其特征是，所述化合物CsSiB3O7具有较大的非线性光学效应和宽的透光范围，吸收截止边小于200nm。
4.如权利要求1所述硼硅酸盐化合物，其特征是，所述化合物的粉末倍频效应与磷酸二氢钾相同。
5.如权利要求1所述硼硅酸盐化合物，其特征是，用入射波长为1064nm的红外光照射所述化合物CsSiB3O7粉末，产生532nm绿光。
6.将权利要求1～5所述硼硅酸盐化合物应用于制备非线性光学器件。
7.如权利要求6所述应用，其特征是，所述非线性光学器件包括倍频发生器、上频率转换器、下频率转换器或光参量振荡器。
8.一种硼硅酸盐化合物CsSiB3O7的粉体制备方法，采用固相法制备得到CsSiB3O7的粉体，步骤如下：
1)将含Cs化合物、含Si化合物和含B化合物按化学计量比混合均匀；
2)将上述混合物置于电阻炉中进行烧结，升温速率不限，结束后随炉冷却；
3)将烧结后的产品经过充分研磨，即获得非线性光学材料CsSiB3O7的粉体。
9.如权利要求8所述制备方法，其特征是，所述含Cs化合物为Cs的氧化物、Cs的碳酸盐、Cs的硝酸盐或Cs的草酸盐；所述含Si化合物为Si的氧化物；所述含B化合物为硼酸或氧化硼。
10.如权利要求8所述制备方法，其特征是，所述烧结具体为在600–750℃烧结24小时。
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