CN108640124A - 铜硼酸铅锂化合物、铜硼酸铅锂光学晶体及其制备方法和用途 - Google Patents

铜硼酸铅锂化合物、铜硼酸铅锂光学晶体及其制备方法和用途 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种铜硼酸铅锂化合物，其特征在于所述化合物的化学式为Li2Pb2CuB4O10。本发明还公开了一种铜硼酸铅锂光学晶体，其特征在于该晶体的化学式为Li2Pb2CuB4O10，属于单斜晶系，空间群为C2/c，晶胞参数为a＝16.8419(12)A°，α＝90°，b＝4.7895(4)A°，β＝125.3620(10)°，c＝13.8976(10)A°，γ＝90°，Z＝4。本发明还涉及铜硼酸铅锂化合物和铜硼酸铅锂光学晶体的制备方法及其用途。

Description

铜硼酸铅锂化合物、铜硼酸铅锂光学晶体及其制备方法和 用途
技术领域
本发明涉及一种化学式为Li2Pb2CuB4O10为铜硼酸铅锂化合物、铜硼酸铅锂光学晶体及制备方法和用途，该化合物的。
背景技术
当一束光波投射到晶体界面上，一般会产生两束折射光束；其中一束遵守折射定律，称为o光(ordinary ray，寻常光)，其折射率用no表示，另一束不遵从折射定律，称为e光(extraordinary ray，非常光)，其折射率用ne表示，这两束光都是偏振光。这种现象称为双折射。晶体的双折射是电光功能材料的重要光学性能参数，双折射晶体材料用途广泛，主要应用于：(1)光通讯中的纤维光学隔离器，(2)环行器，(3)光束的位移，(4)格兰棱镜和偏振光学等领域。
目前常用的双折射材料主要有方解石晶体、LiNbO3晶体、YVO4晶体、α-BaB2O4晶体、Ca3(BO3)2晶体以及MgF2晶体等。方解石晶体主要以天然形式存在，杂质含量比较高，存在解理面，在加工时易开裂，使晶体的完整性降低；YVO4晶体具有较大的双折射率与离散角，优良的温度稳定折射率性和物理与机械性能，而且容易用提拉法生长出大尺寸高光学品质的晶体，但是它的透光范围是400-5000nm,不能用于紫外区。LiNbO3双折射率比YVO4小3倍，使得所需晶体的尺寸更大。YVO4是目前应用最广泛的双折射晶体材料之一，但是它的透光范围为400-5000nm，不能用于紫外区。α-BaB2O4由于存在固态相变，两个相之间的相转变温度为925±5℃,很容易在晶体生长过程中开裂,难以得到无裂纹的晶体。Ca3(BO3)2晶体透光范围为180-3800nm，但它在深紫外区透过不高，可见区双折射率小；MgF2晶体的透光范围是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。
因此，仍需要研发新的电光功能材料和晶体材料，以满足市场的需求。
发明内容
本发明一方面提供了一种铜硼酸铅锂化合物，其特征在于所述化合物的化学式为Li2Pb2CuB4O10。
本发明的另一方面，提供了制备所述的铜硼酸铅锂化合物的方法，其采用固相反应法，其步骤如下：
(1)将含Li化合物、含Pb化合物、含Cu化合物和含B化合物按摩尔比Li:Pb:Cu:B＝2:2:1:4混合均匀，经研磨后，在马弗炉中升温至260-330℃，优选290℃以上，然后恒温12小时以上，优选18-24小时，之后冷却至室温，
(2)再次研磨后，在马弗炉中升温至350-420℃，优选380℃以上，然后恒温12小时以上，优选恒温18-24小时，之后冷却至室温，
(3)经第三次研磨后，在马弗炉中升温至480-560℃，优选500℃以上，然后恒温60小时以上，优选恒温65-80小时，之后冷却至室温，得到化合物Li2Pb2CuB4O10。
本发明的又一方面，提供了一种铜硼酸铅锂光学晶体，其特征在于该晶体的化学式为Li2Pb2CuB4O10，属于单斜晶系，空间群为C2/c，晶胞参数为a＝16.8419(12)A°，α＝90°，b＝4.7895(4)A°，β＝125.3620(10)°，c＝13.8976(10)A°，γ＝90°，Z＝4。
本发明的又一方面，提供了制备所述的铜硼酸铅锂光学晶体的方法，其特征在于采用固相反应法合成铜硼酸铅锂化合物，之后采用高温熔体法生长晶体，具体步骤如下：
(a-1)将含Li化合物、含Pb化合物、含Cu化合物和含B化合物按摩尔比Li:Pb:Cu:B＝2:2:1:4混合均匀，经研磨后，在马弗炉中升温至260-330℃，优选290℃以上，然后恒温12小时以上，优选18-24小时，之后冷却至室温，
(a-2)再次研磨后，在马弗炉中升温至350-420℃，优选380℃以上，然后恒温12小时以上，优选恒温18-24小时，之后冷却至室温，
(a-3)经第三次研磨后，在马弗炉中升温至480-560℃，优选500℃以上，然后恒温60小时以上，优选恒温65-80小时，之后冷却至室温，得到化合物Li2Pb2CuB4O10，
(a-4)经第四次研磨后，得到化合物Li2Pb2CuB4O10的单相多晶粉末；
b.将步骤(a-4)的铜硼酸铅锂单相多晶粉末加热至温度800-830℃，恒温5-40h，得到铜硼酸铅锂熔体；
c.将步骤b得到铜硼酸铅锂熔体以温度0.5-5℃/h的速率降至室温，获得籽晶；
d.将步骤b的熔体降温至570-620℃，优选595-610℃，将步骤c得到的籽晶借助籽晶杆与步骤b的熔体接触，并在该温度下保持10-60min；
e.将步骤d的熔体降温至560-595℃，优选575-590℃，以10-50r/min的转速旋转籽晶杆，再以温度0-5℃/天的速率缓慢降温的条件下生长晶体；
f.待单晶生长到所需尺寸后，将晶体提离熔体液面，以温度1-20℃/h的速率降至室温，得到铜硼酸铅锂光学晶体。
本发明还涉及铜硼酸铅锂光学晶体的用途，其作为双折射晶体用于制备光隔离器、环形器、光束位移器、偏振分束棱镜或光学调制器；或其用于制备洛匈棱镜、格兰型棱镜、渥拉斯顿棱镜、或光束分离偏振器和相位延迟器件。
本发明的Li2Pb2CuB4O10光学晶体在空气中稳定、不潮解、不溶于水，其透光范围是290-3000nm，双折射率适中，在0.07-0.7nm范围。运用本发明方法，晶体易于生长，所得晶体易于切割和抛光。本发明的晶体可用于制作格兰型棱镜、渥拉斯顿棱镜、洛匈棱镜或光束分离偏振器等偏振分束棱镜，在光学和通讯领域有重要应用。
附图说明
图1为本发明Li2Pb2CuB4O10化合物的粉末X-射线衍射图；
图2为本发明Li2Pb2CuB4O10化合物的晶体图；
图3为本发明楔形双折射晶体偏振分束器示意图；
图4a和4b为本发明光隔离器示意图，其中a表示入射的光束可以通过，b表示反射光被阻止了；
图5a和5b为本发明光束位移器示意图；
其中在附图中，1为入射光，2为o光，3为e光，4为光轴，5为Li2Pb2CuB4O10晶体，6透光方向，7光轴面。
具体实施方式
本发明提供了一种铜硼酸铅锂化合物，其特征在于所述化合物的化学式为Li2Pb2CuB4O10，所述化合物的分子量为695.04。
所述的铜硼酸铅锂化合物的制备方法，其为固相反应法，其步骤如下：
(1)将含Li化合物、含Pb化合物、含Cu化合物和含B化合物按摩尔比Li:Pb:Cu:B＝2:2:1:4混合均匀，经研磨后，在马弗炉中升温至260-330℃，优选290℃以上，然后恒温12小时以上，优选18-24小时，之后冷却至室温，
(2)再次研磨后，在马弗炉中升温至350-420℃，优选380℃以上，然后恒温12小时以上，优选恒温18-24小时，之后冷却至室温，
(3)经第三次研磨后，在马弗炉中升温至480-560℃，优选500℃以上，然后恒温60小时以上，优选恒温65-80小时，之后冷却至室温，得到化合物Li2Pb2CuB4O10。
本发明的一个实施方案中，所述含Li化合物为高温下可提供Li的化合物，例如Li的氧化物、无机盐或氢氧化物，优选Li2CO3或LiOH；含Pb化合物为高温下可提供Pb的化合物，例如Pb的氧化物、无机盐，优选PbO或Pb(NO3)2；含Cu化合物为高温下可提供Cu的化合物，例如Cu的氧化物、无机盐或氢氧化物，优选CuO或Cu(OH)2；含B化合物为B氧化物或硼酸，优选H3BO3或B2O3。
本发明的一个实施方案中，上述各步骤中，经研磨的混合物的粒度为60μm-150μm，优选第三次研磨后的粒径在60μm-100μm；并且所述各步骤中，升温的温度梯度不大于30℃/h，优选不大于25℃/h，更优选16-20℃/h和冷却至室温的温度梯度不大于25℃/h，优选不大于20℃/h，更优选12-15℃/h。
本发明提供的化合物铜硼酸铅锂，其化学式为Li2Pb2CuB4O10，采用固相反应法按下列化学反应式制备：
(1)Li2CO3+2PbO+CuO+4H3BO3→Li2Pb2CuB4O10+6H2O↑+CO2↑
(2)2LiOH+2PbO+CuO+4H3BO3→Li2Pb2CuB4O10+7H2O↑
(3)Li2CO3+2PbO+Cu(OH)2+4H3BO3→Li2Pb2CuB4O10+7H2O↑+CO2↑
(4)Li2CO3+2Pb(NO3)2+CuO+4H3BO3→Li2Pb2CuB4O10+6H2O↑+CO2↑+4NO2↑+O2↑
(5)Li2CO3+2PbO+CuO+2B2O3→Li2Pb2CuB4O10+CO2↑
(6)2LiOH+2PbO+CuO+2B2O3→Li2Pb2CuB4O10+H2O↑
本发明优选的实施方案中，所述的含锂的化合物为纯度不低于99.9％的氧化锂或氢氧化锂；含铅化合物为纯度不低于99.9％的氧化铅或硝酸铅；所述的含铜化合物为纯度不低于99.9％的氧化铜或氢氧化铜；所述的含硼化合物为纯度不低于99.9％的硼酸或三氧化二硼。
本发明还提供了一种铜硼酸铅锂光学晶体，其特征在于该晶体的化学式为Li2Pb2CuB4O10，分子量为695.04，属于单斜晶系，空间群为C2/c，晶胞参数为a＝16.8419(12)A°,α＝90°，b＝4.7895(4)A°,β＝125.3620(10)°，c＝13.8976(10)A°，γ＝90°，Z＝4。在本发明中，所述晶体的检测采用Cu、Mo双靶同时配置的D8VENTURE型X射线单晶衍射仪进行。
本发明的又一方面，提供了制备所述的铜硼酸铅锂光学晶体的方法，其特征在于采用固相反应法合成铜硼酸铅锂化合物，之后采用高温熔体法生长晶体，具体步骤如下：
(a-1)将含Li化合物、含Pb化合物、含Cu化合物和含B化合物按摩尔比Li:Pb:Cu:B＝2:2:1:4混合均匀，经研磨后，在马弗炉中升温至260-330℃，优选290℃以上，然后恒温12小时以上，优选18-24小时，之后冷却至室温，
(a-2)再次研磨后，在马弗炉中升温至350-420℃，优选380℃以上，然后恒温12小时以上，优选恒温18-24小时，之后冷却至室温，
(a-3)经第三次研磨后，在马弗炉中升温至480-560℃，优选500℃以上，然后恒温60小时以上，优选恒温65-80小时，之后冷却至室温，得到化合物Li2Pb2CuB4O10，
(a-4)经第四次研磨后，得到化合物Li2Pb2CuB4O10的单相多晶粉末；
b.将步骤(a-4)的铜硼酸铅锂单相多晶粉末加热至温度800-830℃，恒温5-40h，得到铜硼酸铅锂熔体；
c.将步骤b得到铜硼酸铅锂熔体以温度0.5-5℃/h的速率降至室温，获得籽晶；
d.将步骤b的熔体降温至570-620℃，优选595-610℃，将步骤c得到的籽晶借助籽晶杆与步骤b的熔体接触，并在该温度下保持10-60min；
e.将步骤d的熔体降温至560-595℃，优选575-590℃，以10-50r/min的转速旋转籽晶杆，再以温度0-5℃/天，优选0-3℃/天的速率缓慢降温的条件下生长晶体；
f.待单晶生长到所需尺寸后，将晶体提离熔体液面，以温度1-20℃/h，优选5-20℃/h，更优选9-18℃/h的速率降至室温，得到铜硼酸铅锂光学晶体。
已发现，采用上述方法，特别是借助籽晶杆和所述工艺条件，可使晶体均匀生长，得到优异质量的晶体。
本发明的一个实施方案中，上述各步骤中，经研磨的混合物的粒度为60μm-150μm，优选第三次研磨后的粒径在60μm-100μm，第四次研磨后的粒径不大于80μm；并且所述各步骤中，升温的温度梯度不大于30℃/h，优选不大于25℃/h，更优选15-20℃/h和冷却至室温的温度梯度不大于25℃/h，优选不大于20℃/h，更优选12-15℃/h。
如图1所示，本发明的化合物Li2Pb2CuB4O10的单相多晶粉末，经粉末X射线分析，所得X射线谱图与Li2Pb2CuB4O10的单晶结构得到的理论X射线谱图是一致。
本发明还涉及铜硼酸铅锂光学晶体的用途，其作为双折射晶体用于制备光隔离器、环形器、光束位移器、偏振分束棱镜或光学调制器；或其用于制备洛匈棱镜、格兰型棱镜、渥拉斯顿棱镜、或光束分离偏振器和相位延迟器件。
以下通过实施例对本发明做详细的说明，实施例仅用于理解本发明的技术方案，并不意图限制本发明的范围。
实施例1
合成铜硼酸铅锂：
a、将Li2CO3、PbO、CuO和H3BO3按摩尔比1:2:1:4称量后混合均匀，仔细研磨后放入马弗炉中，20℃/h升温至300℃，恒温20小时，15℃/h冷却至室温，充分研磨后，再次放入马弗炉中，20℃/h升温至400℃，恒温20小时，15℃/h冷却至室温，取出再研磨，放入马弗炉中，20℃/h升温至520℃，恒温72小时，取出15℃/h冷却至室温，经研磨后得到化合物Li2Pb2CuB4O10的单相多晶粉末，然后对产物进行粉末X射线分析，所得X射线谱图与Li2Pb2CuB4O10的单晶结构得到的理论X射线谱图是一致的；
在高温熔体中生长大尺寸Li2Pb2CuB4O10晶体：
b、将合成的化合物Li2Pb2CuB4O10单相多晶粉末(粒度为80μm)装入Φ60mm×60mm的铂金坩埚中，将坩埚放入晶体生长炉中，升温至800℃，恒温24h，得到铜硼酸铅锂Li2Pb2CuB4O10熔体；
c、将步骤b得到溴硼酸铅钡熔体以温度1℃/h的速率缓慢降至室温，在降温中使用铂丝悬挂法获得小晶体作为籽晶；
d、将步骤b得到的铜硼酸铅锂熔体降温至595℃，将步骤c得到的籽晶固定在籽晶杆上，从晶体生长炉顶端伸入到熔体内，保温10min；
e、再将步骤d熔体降温至587℃，以20r/min的转速旋转籽晶，再以温度2℃/天的速率缓慢降温的条件下生长晶体；
f、待晶体生长到所需尺寸后，将晶体提离熔体表面，然后以温度15℃/h的速率降至室温，然后缓慢的从炉膛中取出晶体，即可得到尺寸为24mm×16mm×6mm的铜硼酸铅锂Li2Pb2CuB4O10光学晶体。
实施例2
合成化合物Li2Pb2CuB4O10，
a、将LiOH、PbO、CuO和H3BO3按摩尔比1:2:1:4称量后混合均匀，仔细研磨后放入马弗炉中，16℃/h升温至300℃，恒温20小时，15℃/h冷却至室温，充分研磨后，再次放入马弗炉中，16℃/h升温至400℃，恒温20小时，15℃/h冷却至室温，取出再研磨，放入马弗炉中，16℃/h升温至520℃，恒温72小时，取出15℃/h冷却至室温，经研磨后得到化合物Li2Pb2CuB4O10的单相多晶粉末，然后对产物进行粉末X射线分析，所得X射线谱图与Li2Pb2CuB4O10的单晶结构得到的理论X射线谱图是一致的；
b、将化合物铜硼酸铅锂单相多晶粉末(粒度为70μm)装入Φ50mm×50mm铂金坩埚中，加热至温度820℃，恒温5h，得到铜硼酸铅锂Li2Pb2CuB4O10熔体；
c、将步骤b得到铜硼酸铅锂熔体以温度2℃/h的速率缓慢降温至室温，获得籽晶；
d、将步骤b的熔体降温至590℃，将步骤c得到的籽晶固定在籽晶杆上，从晶体生长炉顶端放入熔体表面接触，保温20min；
e、将步骤d的熔体降温至587℃，以10r/min的转速旋转籽晶杆，再以温度1℃/天的速率缓慢降温的条件下生长晶体；
f、待单晶生长到所需尺寸后，将晶体提离熔体液面，以温度10℃/h的速率降至室温，然后将晶体缓慢从炉膛中取出，即可得到尺寸为20mm×22mm×7mm的铜硼酸铅锂Li2Pb2CuB4O10光学晶体。
实施例3
合成化合物Li2Pb2CuB4O10，
a、将Li2CO3、PbO、Cu(OH)2和H3BO3按摩尔比1:2:1:4称量后混合均匀，仔细研磨后放入马弗炉中，15℃/h升温至300℃，恒温20小时，12℃/h冷却至室温，充分研磨后，再次放入马弗炉中，15℃/h升温至400℃，恒温20小时，12℃/h冷却至室温，取出再研磨，放入马弗炉中，15℃/h升温至520℃，恒温72小时，取出12℃/h冷却至室温，经研磨后得到化合物Li2Pb2CuB4O10的单相多晶粉末，然后对产物进行粉末X射线分析，所得X射线谱图与Li2Pb2CuB4O10的单晶结构得到的理论X射线谱图是一致的；
b、将化合物铜硼酸铅锂单相多晶粉末(粒度为80μm)装入Φ30mm×30mm铂金坩埚中，加热至温度820℃，恒温10h，得到铜硼酸铅锂熔体；
c、将步骤b得到铜硼酸铅锂熔体以温度0.5℃/h的速率降至室温，结晶获得籽晶；
d、将步骤b的熔体降温至600℃，将步骤c得到的籽晶固定在籽晶杆上，从晶体生长炉顶端伸入到熔体内，保温30min；
e、将步骤d的熔体降温至592℃，以30r/min的转速旋转籽晶杆，再以温度3℃/天的速率缓慢降温的条件下生长晶体；
f、待单晶生长到所需尺寸后，将晶体提离熔体液面，以温度10℃/h的速率降至室温，然后将晶体缓慢从炉膛中取出，即可得到尺寸为17mm×13mm×7mm的铜硼酸铅锂Li2Pb2CuB4O10光学晶体。
实施例4
合成化合物Li2Pb2CuB4O10
a、将Li2CO3、Pb(NO3)2、CuO和H3BO3按摩尔比1:2:1:4称量后混合均匀，仔细研磨后放入马弗炉中，18℃/h升温至300℃，恒温20小时，15℃/h冷却至室温，充分研磨后，再次放入马弗炉中，18℃/h升温至400℃，恒温20小时，15℃/h冷却至室温，取出再研磨，放入马弗炉中，18℃/h升温至520℃，恒温72小时，取出15℃/h冷却至室温，经研磨后得到化合物Li2Pb2CuB4O10的单相多晶粉末，然后对产物进行粉末X射线分析，所得X射线谱图与Li2Pb2CuB4O10的单晶结构得到的理论X射线谱图是一致的；
b、将化合物铜硼酸铅锂单相多晶粉末(粒度为60μm)放入铂金坩埚中，加热至温度830℃，恒温30h，得到铜硼酸铅锂熔体；
c、将步骤b得到铜硼酸铅锂熔体以温度3℃/h的速率降至室温，在降温中使用铂丝悬挂法获得小晶体作为籽晶；
d、将步骤b的熔体降温至595℃，将步骤c得到的籽晶固定在籽晶杆上，从晶体生长炉顶端放入熔体表面接触，保温50min；
e、将步骤d的熔体降温至589℃，以40r/min的转速旋转籽晶杆，再以温度3℃/天的速率缓慢降温的条件下生长晶体；
f、待单晶生长到所需尺寸后，将晶体提离熔体液面，以温度15℃/h的速率降至室温，然后将晶体缓慢从炉膛中取出，即可得到尺寸为30mm×25mm×12mm的铜硼酸铅锂Li2Pb2CuB4O10光学晶体。
实施例5
合成化合物Li2Pb2CuB4O10
a、将Li2CO3、PbO、CuO和B2O3按摩尔比1:2:1:4称量后混合均匀，仔细研磨后放入马弗炉中，20℃/h升温至300℃，恒温20小时，15℃/h冷却至室温，充分研磨后，再次放入马弗炉中，20℃/h升温至400℃，恒温20小时，15℃/h冷却至室温，取出再研磨，放入马弗炉中，20℃/h升温至520℃，恒温72小时，取出15℃/h冷却至室温，经研磨后得到化合物Li2Pb2CuB4O10的单相多晶粉末，然后对产物进行粉末X射线分析，所得X射线谱图与Li2Pb2CuB4O10的单晶结构得到的理论X射线谱图是一致的；
b、将化合物铜硼酸铅锂单相多晶粉末(粒度为60μm)放入铂金坩埚中，加热至温度800℃，恒温40h，得到铜硼酸铅锂熔体；
c、将步骤b得到铜硼酸铅锂熔体以温度5℃/h的速率降至室温，结晶获得籽晶；
d、将步骤b的熔体降温至597℃，将步骤c得到的籽晶固定在籽晶杆上，从晶体生长炉顶端放入与步骤b熔体表面接触或伸入到熔体内，保温60min；
e、将步骤d的熔体降温至590℃，以50r/min的转速旋转籽晶杆，再以温度0℃/天的速率缓慢降温的条件下生长晶体；
f、待单晶生长到所需尺寸后，将晶体提离熔体液面，以温度20℃/h的速率降至室温，然后将晶体缓慢从炉膛中取出，即可得到尺寸为26mm×20mm×11mm的铜硼酸铅锂Li2Pb2CuB4O10光学晶体。
实施例6
合成化合物Li2Pb2CuB4O10
a、将LiOH、PbO、CuO和B2O3按摩尔比1:2:1:4称量后混合均匀，仔细研磨后放入马弗炉中，20℃/h升温至300℃，恒温20小时，15℃/h冷却至室温，充分研磨后，再次放入马弗炉中，20℃/h升温至400℃，恒温20小时，15℃/h冷却至室温，取出再研磨，放入马弗炉中，20℃/h升温至520℃，恒温72小时，取出15℃/h冷却至室温，经研磨后得到化合物Li2Pb2CuB4O10的单相多晶粉末，然后对产物进行粉末X射线分析，所得X射线谱图与Li2Pb2CuB4O10的单晶结构得到的理论X射线谱图是一致的；
b、将化合物铜硼酸铅锂单相多晶粉末(粒度为80μm)放入铂金坩埚中，加热至温度815℃，恒温25h，得到铜硼酸铅锂熔体；
c、将步骤b得到铜硼酸铅锂熔体以温度2℃/h的速率降至室温，结晶获得籽晶；
d、将步骤b的熔体降温至596℃，将步骤c得到的籽晶固定在籽晶杆上，从晶体生长炉顶端伸入到熔体内，保温35min；
e、将步骤d的熔体降温至591℃，以35r/min的转速旋转籽晶杆，再以温度2℃/天的速率缓慢降温的条件下生长晶体；
f、待单晶生长到所需尺寸后，将晶体提离熔体液面，以温度8℃/h的速率降至室温，然后将晶体缓慢从炉膛中取出，即可得到尺寸为23mm×18mm×7mm的铜硼酸铅锂Li2Pb2CuB4O10光学晶体。
实施例7
将实施例1所得的Li2Pb2CuB4O10晶体，用于制备楔形双折射晶体偏振分束器(如图3所示)，其为一个楔形的双折射晶体，光轴的取向如图3所示，当一束自然光入射晶体后可以分成两束线偏振光，双折射率越大，两束光分开的越远，从而便于光束的分离。
实施例8
将实施例2所得的Li2Pb2CuB4O10晶体，用于制备光隔离器，将一个入射光束偏振面旋转45°的法拉第光旋转器置于一对彼此45°交叉放置的双折射晶体偏转器之间，则可构成一台光隔离器，它只允许正向传播的光束通过该系统，而将反向传播的光束阻断，图4a表示入射的光束可以通过，图4b表示反射光被阻止了。
实施例9
将实施例3所得的Li2Pb2CuB4O10晶体，用于制备光束位移器。加工一个双折射晶体，令其光轴面与棱成一角度θ(如图5a所示)，当自然光垂直入射后，可以分成两束振动方向互相垂直的线偏振光(如图5b所示)，分别是o光和e光，双折率越大，两束光可以分开的越远，便于光束的分离。

Claims (10)

1.一种铜硼酸铅锂化合物，其特征在于所述化合物的化学式为Li2Pb2CuB4O10。
2.制备权利要求1所述的铜硼酸铅锂化合物的方法，其采用固相反应法，其步骤如下：
(1)将含Li化合物、含Pb化合物、含Cu化合物和含B化合物按摩尔比Li:Pb:Cu:B＝2:2:1:4混合均匀，经研磨后，在马弗炉中升温至260-330℃，优选290℃以上，然后恒温12小时以上，优选18-24小时，之后冷却至室温，
(2)再次研磨后，在马弗炉中升温至350-420℃，优选380℃以上，然后恒温12小时以上，优选恒温18-24小时，之后冷却至室温，
(3)经第三次研磨后，在马弗炉中升温至480-560℃，优选500℃以上，然后恒温60小时以上，优选恒温65-80小时，之后冷却至室温，得到化合物Li2Pb2CuB4O10。
3.权利要求2所述的方法，其中所述含Li化合物为Li的氧化物、无机盐或氢氧化物，优选Li2CO3或LiOH；含Pb化合物为Pb的氧化物、无机盐，优选PbO或Pb(NO3)2；含Cu化合物为Cu的氧化物、无机盐或氢氧化物，优选CuO或Cu(OH)2；含B化合物为B氧化物或硼酸，优选H3BO3或B2O3。
4.权利要求2所述的方法，其中所述各步骤中，经研磨的混合物的粒度为60μm-150μm，优选第三次研磨后的粒径在60μm-100μm；并且所述各步骤中，升温的温度梯度不大于30℃/h，优选不大于25℃/h，更优选16-20℃/h和冷却至室温的温度梯度不大于25℃/h，优选不大于20℃/h，更优选12-15℃/h。
5.一种铜硼酸铅锂光学晶体，其特征在于该晶体的化学式为Li2Pb2CuB4O10，属于单斜晶系，空间群为C2/c，晶胞参数为a＝16.8419(12)A°,α＝90°，b＝4.7895(4)A°，β＝125.3620(10)°，c＝13.8976(10)A°，γ＝90°，Z＝4。
6.制备权利要求5所述的铜硼酸铅锂光学晶体的方法，其特征在于采用固相反应法合成铜硼酸铅锂化合物，之后采用高温熔体法生长晶体，具体步骤如下：
(a-1)将含Li化合物、含Pb化合物、含Cu化合物和含B化合物按摩尔比Li:Pb:Cu:B＝2:2:1:4混合均匀，经研磨后，在马弗炉中升温至260-330℃，优选290℃以上，然后恒温12小时以上，优选18-24小时，之后冷却至室温，
(a-2)再次研磨后，在马弗炉中升温至350-420℃，优选380℃以上，然后恒温12小时以上，优选恒温18-24小时，之后冷却至室温，
(a-3)经第三次研磨后，在马弗炉中升温至480-560℃，优选500℃以上，然后恒温60小时以上，优选恒温65-80小时，之后冷却至室温，得到化合物Li2Pb2CuB4O10，
(a-4)经第四次研磨后，得到化合物Li2Pb2CuB4O10的单相多晶粉末；
b.将步骤(a-4)的铜硼酸铅锂单相多晶粉末加热至温度800-830℃，恒温5-40h，得到铜硼酸铅锂熔体；
c.将步骤b得到铜硼酸铅锂熔体以温度0.5-5℃/h的速率降至室温，获得籽晶；
d.将步骤b的熔体降温至570-620℃，优选595-610℃，将步骤c得到的籽晶借助籽晶杆与步骤b的熔体接触，并在该温度下保持10-60min；
e.将步骤d的熔体降温至560-595℃，优选575-590℃，以10-50r/min的转速旋转籽晶杆，再以温度0-5℃/天的速率缓慢降温的条件下生长晶体；
f.待单晶生长到所需尺寸后，将晶体提离熔体液面，以温度1-20℃/h的速率降至室温，得到铜硼酸铅锂光学晶体。
7.权利要求6所述的方法，其中所述含Li化合物为Li的氧化物、无机盐或氢氧化物，优选Li2CO3或LiOH；含Pb化合物为Pb的氧化物、无机盐，优选PbO或Pb(NO3)2；含Cu化合物为Cu的氧化物、无机盐或氢氧化物，优选CuO或Cu(OH)2；含B化合物为B氧化物或硼酸，优选H3BO3或B2O3。
8.权利要求6所述的方法，其中所述各步骤中，经研磨的混合物的粒度为60μm-150μm，优选第三次研磨后的粒径在60μm-100μm，第四次研磨后的粒径不大于80μm；并且所述各步骤中，升温的温度梯度不大于30℃/h，优选不大于25℃/h，更优选16-20℃/h和冷却至室温的温度梯度不大于25℃/h，优选不大于20℃/h，更优选12-15℃/h。
9.权利要求5所述的铜硼酸铅锂光学晶体或根据权利要求6-8任一项方法所制备的铜硼酸铅锂光学晶体的用途，其作为双折射晶体用于制备光隔离器、环形器、光束位移器、偏振分束棱镜或光学调制器。
10.权利要求5所述的铜硼酸铅锂光学晶体或根据权利要求6-8任一项方法所制备的铜硼酸铅锂光学晶体的用途，其用于制备洛匈棱镜、格兰型棱镜、渥拉斯顿棱镜、或光束分离偏振器和相位延迟器件。
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