CN110618476A - 锡硼氧氯双折射晶体的应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种锡硼氧氯双折射晶体的应用，特别是一种用于红外–可见–紫外波段的分子式为Sn₂B₅O₉Cl的锡硼氧氯双折射晶体在制备光隔离器、环形器、光束位移器、光学起偏器或光学调制器中的应用；该晶体的化学式为Sn₂B₅O₉Cl，分子量为470.70，属于正交晶系，空间群为Pnn2，晶胞参数为a=11.281(3)Å，b=11.331(3)Å，c=6.5573(19)Å，α=90°，β=90°，γ=90°，单胞体积为838.2(4)ų，其透光范围为350–3500 nm，双折射率为0.139(1064 nm)–0.311(350 nm)之间。所述的锡硼氧氯双折射晶体机械硬度适中，易于切割、抛光加工和保存；具有较大的双折射率；在光学和通讯领域有重要应用，可用于制作偏振分束棱镜，相位延迟器件和电光调制器件等。

Description

锡硼氧氯双折射晶体的应用

技术领域

本发明涉及一种锡硼氧氯双折射晶体的应用，特别是一种用于红外–可见–紫外波段的分子式为Sn₂B₅O₉Cl的锡硼氧氯双折射晶体的应用。

背景技术

双折射是指一束光投射到晶体表面上产生两束折射光的现象，产生这种现象的根本原因是在于晶体材料的各向异性。光在光性非均质体(如立方系以外的晶体)中传播时，除了个别特殊的方向(沿光轴方向)外，会改变其振动特点，分解为两个电场矢量振动方向互相垂直，传播速度不同，折射率不等的两束偏振光，这种现象称为双折射，这样的晶体称为双折射晶体。晶体的双折射性质是光电功能材料晶体的重要光学性能参数，利用双折射晶体的特性可以得到线偏振光，实现对光束的位移等，从而使得双折射晶体成为制作光隔离器、环形器、光束位移器、光学起偏器和光学调制器等光学元件的关键材料。

常用的双折射材料主要有方解石晶体、金红石晶体、LiNbO₃晶体、YVO₄晶体、α-BaB₂O₄晶体以及MgF₂晶体等。以MgF₂为例，它的透过范围为110–8500nm，它是一种应用于深紫外很好的晶体材料，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，存在同样的问题；YVO₄晶体也是一种人工制备的双折射晶体，而且由于YVO₄熔点高，必须使用铱坩埚进行提拉生长，且生长的气氛为弱氧气氛，从而在生长时存在钇元素的变价问题，从而使得晶体的质量下降，不易获得高质量的晶体并且它的透过范围是400–5000nm，不能直接用于紫外区。近年来报道了几种硼酸盐双折射晶体：高温相BaB₂O₄晶体的透过范围是189–3500nm，双折射率0.120@546nm，但是该晶体易潮解，且存在相转移，易在晶体生长过程中开裂，影响了晶体的成品率和利用率。

随着社会的发展，人类对双折射晶体的需求越来越多，质量要求越来越高，因此，发现新的优秀的双折射光学晶体材料仍然是一个亟待解决的问题。

根据当前无机双折射晶体材料发展情况，对新型双折射晶体不仅要求具有大的双折射率，而且还要求它的综合性能参数好，同时易于生成优质大尺寸体块晶体，这就需要进行大量系统而深入的研究工作。探索高性能的双折射晶体材料是光电功能材料领域的重要课题之一，人们仍在不断探索以求发现性能更好的双折射晶体。

发明内容

本发明目的在于提供一种锡硼氧氯双折射晶体的应用，该锡硼氧氯双折射晶体在制备光隔离器、环形器、光束位移器、光学起偏器或光学调制器中的应用。该晶体的化学式为Sn₂B₅O₉Cl，分子量为470.70，属于正交晶系，空间群为Pnn2，晶胞参数为 α＝90°，β＝90°，γ＝90°，单胞体积为 其透光范围为350–3500nm，双折射率为0.139(1064nm)–0.311(350nm)之间。该锡硼氧氯双折射晶体机械硬度适中，易于切割、抛光加工和保存；具有较大的双折射率；在光学和通讯领域有重要应用，可用于制作偏振分束棱镜，相位延迟器件和电光调制器件等。

本发明所述的一种锡硼氧氯双折射晶体的应用，该晶体在制备光隔离器、环形器、光束位移器、光学起偏器或光学调制器中的应用。

所述光学起偏器为偏振分束棱镜。

所述偏振分束棱镜为格兰型棱镜、渥拉斯顿棱镜或洛匈棱镜。

本发明所述的一种锡硼氧氯双折射晶体的应用，采用熔体法，高温熔液法，真空封装法，水热法或室温溶液法生长晶体。

本发明所述的一种锡硼氧氯双折射晶体的应用，该晶体的化学式为Sn₂B₅O₉Cl，分子量为470.70。属于正交晶系，空间群为Pnn2，晶胞参数为 α＝90°，β＝90°，γ＝90°，单胞体积为其透光范围为300–3500nm，双折射率为0.139(1064nm)–0.311(350nm)之间，晶体易于生长、易于切割、易于研磨、易于抛光和易于保存。能够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。

本发明所述的一种锡硼氧氯双折射晶体的应用，该晶体用于红外-可见-紫外波段，为双轴晶体，透过范围300–3500nm，双折射率为0.130(3500nm)–0.311(300nm)之间。

附图说明

图1为本发明Sn₂B₅O₉Cl双折射晶体的粉末XRD曲线图；

图2为本发明Sn₂B₅O₉Cl双折射晶体的双折射率计算曲线图；

图3为本发明Sn₂B₅O₉Cl双折射晶体制作的用于红外–可见–紫外波段的格兰棱镜的示意图；

图4为本发明Sn₂B₅O₉Cl双折射晶体制作的用于红外–可见–紫外波段的沃拉斯顿棱镜的示意图；

图5为本发明Sn₂B₅O₉Cl双折射晶体制作的用于红外–可见–紫外波段的楔形双折射晶体偏振分束器示意图；

图6为本发明Sn₂B₅O₉Cl双折射晶体制作的用于红外–可见–紫外波段的光隔离器示意图。

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

本发明所述的锡硼氧氯双折射晶体制作格兰型棱镜：

将锡硼氧氯双折射晶体，加工成两块相同的晶体棱镜，如图3所示，光垂直入射方向沿着晶体的结晶学轴，入射面内包含另外两个结晶学轴，两块棱镜沿斜面通过空气薄层连接在一起；或将两块棱镜间的连接层由空气换为不同折射率的光胶，从而获得不同顶角切割的偏振棱镜，通过调节棱镜的顶角，能够实现晶体透光波段内350-3400nm的棱镜设计，当一束光垂直于入射面入射时，经过格兰棱镜的第一块棱镜，两束偏振方向相互垂直的光方向不发生偏折，在斜面上的入射角等于棱镜斜面与直角面的夹角(即棱镜的顶角)；选取合适的棱镜顶角使其中的一束偏振光在斜面上发生全反射，另外一束偏振光经过两块棱镜的连接层以及第二块棱镜后射出。

实施例2

本发明所述的锡硼氧氯双折射晶体制作沃拉斯顿棱镜：

将锡硼氧氯双折射晶体加工两块棱镜然后粘合构成沃拉斯顿棱镜如图4所示，两块棱镜的顶角相同但入射面和出射面包含的结晶学轴不同，入射光垂直入射到棱镜端面，在棱镜一内，偏振方向相互垂直的两束偏振光以不同的速度沿同一方向行进，光从棱镜一进入棱镜二时，由于结晶学轴沿入射方向转了90°，折射率发生变化，两束线偏振光因分别发生双折射而分开，两束分开的偏振光由棱镜二进入空气时发生第二次双折射而进一步分开，晶体的双折射率越大，越有利于光束的分离。

实施例3

本发明所述的锡硼氧氯双折射晶体制作偏振分束器：

将锡硼氧氯双折射晶体，用于制备楔形双折射晶体偏振分束器(如图5所示)，一个楔形的双折射晶体，通过方向沿晶体y轴方向，一束自然光沿光学主轴y轴方向入射后经过晶体可以分成两束线偏振光，双折射率越大，两束光可以分开的越远，便于光束的分离。

实施例4

本发明所述的锡硼氧氯双折射晶体制作光隔离器：

将锡硼氧氯双折射晶体，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6a表示入射的光束可以通过，图6b表示反射光被阻止了。

Claims (3)

1.一种锡硼氧氯双折射晶体的应用，其特征在于该晶体在制备光隔离器、环形器、光束位移器、光学起偏器或光学调制器中的应用。

2.根据权利要求1所述的用途，其特征在于所述光学起偏器为偏振分束棱镜。

3.根据权利要求2所述的用途，其特征在于所述偏振分束棱镜为格兰型棱镜、渥拉斯顿棱镜或洛匈棱镜。