CN111621848A - 化合物锡硼氧溴和锡硼氧溴非线性光学晶体及制备方法和用途 - Google Patents

化合物锡硼氧溴和锡硼氧溴非线性光学晶体及制备方法和用途 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种化合物锡硼氧溴和锡硼氧溴非线性光学晶体的制备方法和用途，所述化合物的化学式为Sn2B5O9Br，分子量为515.37，采用固相合成法或真空封装法制成；该晶体的化学式为Sn2B5O9Br，分子量为515.37，属于正交晶系，空间群为Pnn2，晶胞参数为a=11.398(4)Å，b=11.446(4)Å，c=6.553(2)Å，单胞体积为854.9(5)Å3，晶体的粉末倍频效应约为KH2PO4(KDP)的2.4倍，紫外截止边约为330 nm。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，该晶体的化学稳定性好，可作为短波长非线性光学晶体在全固态激光器中获得应用。

Description

化合物锡硼氧溴和锡硼氧溴非线性光学晶体及制备方法和 用途
技术领域
本发明涉及一种化合物锡硼氧溴和锡硼氧溴非线性光学晶体及制备方法和用途。
背景技术
短波长非线性光学晶体能够利用其频率转换性质将近红外、可见等波段的激光转换成短波长激光，在医疗、通讯、科学研究等领域具有重要应用价值。众所周知，目前实用化的短波长非线性光学晶体是我国科学家发明的KBe2BO3F2(KBBF)晶体，BaB2O4(BBO)和LiB3O5(LBO)，然而这些晶体具有生长大尺寸晶体困难，率小等缺陷，一定程度上限制了其应用。因此，制备合成综合性能优异的新型短波长非线性光学晶体材料具有重要意义和实用价值。
本发明在此前的研究中，已有化合物溴硼酸铅钡和溴硼酸铅钡非线性光学晶体及制备方法和用途(专利申请号CN201210081872)，化合物溴硼酸钾非线性光学晶体及制备方法和用途(专利申请号CN201010250911)，溴硼酸钡及溴硼酸钡非线性光学晶体及制备方法和用途(专利申请号CN201310591017)，化合物溴硼酸钠和溴硼酸钠光学晶体及制备方法和用途(CN201410390210)，以及化合物溴硼酸铷钠和溴硼酸铷钠光学晶体及制备方法和用途(专利申请号CN201410390209)五个相关专利。本发明与以上五个专利的主要区别在于，本发明所述的化合物Sn2B5O9Br空间群为Pnn2，属于正交晶系。此外，生长习性、生长工艺关键参数，晶体线性和非线性光学性能、性能等均与前者不同。
专利申请号CN201910921550.X锡硼氧氯双折射晶体的应用；专利申请号CN201910166628.1化合物锡硼氧氯和锡硼氧氯非线性光学晶体及制备方法和用途，是本申请人前期工作，与本发明所述化合物锡硼氧溴和锡硼氧溴非线性光学晶体及制备方法和用途相比，虽然分子式相似、所属晶系和空间群相同，但是他们的晶体结构、制备生长工艺、光学性能以及应用方面均不同。晶体结构方面：锡硼氧溴和锡硼氧氯化合物的Sn-O、Sn-X(X＝Cl、Br)及B-O的键长和键角均不相同，结构决定性质，因此导致其生长工艺和非线性性能也不同。制备生长工艺：由于SnBr2比SnCl2更加不稳定，导致锡硼氧溴化合物的制备与晶体生长都难于锡硼氧氯，在制备温度，晶体生长温度都有不同。非线性性能光学性能：相同条件下，锡硼氧溴的二阶非线性效应是锡硼氧氯的4.8倍，这个性能上的增益其根本原因是Br的作用导致的，这进一步说明二者虽分子式相似，但性能却千差万别。非线性应用领域：由于锡硼氧溴的非线性效应更大，因此其切割成器件后的应用范围更大，应用潜力也更大。
发明内容
本发明目的在于，提供一种化合物锡硼氧溴，该化合物的化学式为Sn2B5O9Br，分子量为515.37，采用固相反应法或真空封装法制成。
本发明的另一个目的在于，提供锡硼氧溴Sn2B5O9Br非线性光学晶体，该晶体的化学式为Sn2B5O9Br，分子量为515.37。属于正交晶系，空间群为Pnn2，晶胞参数为
Figure BDA0002519872030000011
Figure BDA0002519872030000021
单胞体积为
Figure BDA0002519872030000022
本发明再一个目的在于，提供锡硼氧溴Sn2B5O9Br非线性光学晶体的制备方法，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。
本发明又一个目的在于，提供锡硼氧溴Sn2B5O9Br非线性光学晶体的用途。
本发明所述的一种化合物锡硼氧溴，该化合物的化学式为Sn2B5O9Br，分子量为515.37，采用固相合成法或真空封装法制成。
所述化合物锡硼氧溴的制备方法，采用固相合成法或真空封装法制备，具体操作按下列步骤进行：
所述固相合成法制备化合物锡硼氧溴：
将含Sn化合物、含B化合物和含Br化合物按摩尔比Sn∶B∶Br＝2∶5∶1均匀混合，装入铂金坩埚，置于马弗炉中，在真空或惰性气氛下，升温至300-500℃，恒温24-120小时，即得到化合物Sn2B5O9Br，其中所述含Sn化合物为SnO、SnBr2或SnB4O7；含B化合物为H3BO3、B2O3或SnB4O7；含Br为化合物SnBr2；
所述真空封装法制备化合物锡硼氧溴：
将含Sn化合物、含B化合物和含Br化合物按摩尔比Sn∶B∶Br＝2∶5∶1混合均匀，装入石英管中，将石英管抽真空，真空度达到1×10-3Pa，高温密封后置于马弗炉中，以5-10℃/h的速率升温至300-500℃，恒温24-120小时，即得到化合物Sn2B5O9Br，其中所述含Sn化合物为SnO、SnBr2或SnB4O7；含B化合物为H3BO3、B2O3或SnB4O7；含Br为化合物SnBr2。
一种锡硼氧溴非线性光学晶体，该晶体的化学式为Sn2B5O9Br，分子量为515.37，属于正交晶系，空间群为Pnn2，晶胞参数为
Figure BDA0002519872030000023
单胞体积为
Figure BDA0002519872030000024
所述锡硼氧溴非线性光学晶体的制备方法，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；
所述熔体法生长锡硼氧溴非线性光学晶体的具体操作按下列步骤进行：
a、将含Sn化合物、含B化合物和含Br化合物按摩尔比Sn∶B∶Br＝2∶5∶1混合均匀，装入铂金坩埚，置于马弗炉中在真空或惰性气氛下，升温至300-500℃，恒温24-120小时，即得到Sn2B5O9Br多晶粉末，其中所述含Sn化合物为SnO、SnBr2或SnB4O7；含B化合物为H3BO3、B2O3或SnB4O7；含Br为化合物SnBr2；
b、将步骤a制备的Sn2B5O9Br多晶粉末装入铂金坩埚，置于马弗炉中，在真空或惰性气氛下，升温至650-750℃，恒温10-120小时，得到混合熔体；
c、将步骤b得到的混合熔体以0.2-3℃/h的速率缓慢降至350℃，再以2-5℃/h的速率快速降至室温，得到Sn2B5O9Br籽晶；
d、采用提拉法在化合物熔体中生长晶体：将步骤c得到的籽晶固定于籽晶杆上，置于真空或惰性气氛下，从步骤b制得的混合熔体的上方下籽晶，通过晶体生长控制仪施加2-15rpm的晶转，以1-8mm/天的速度提拉籽晶，同时以0.1-5℃/h的速率降温，待晶体生长停止后，即得到锡硼氧溴Sn2B5O9Br非线性光学晶体；
或采用泡生法在化合物熔体中生长晶体：将步骤c得到的籽晶固定于籽晶杆上，置于真空或惰性气氛下，从步骤b制得的熔体的上方下籽晶，以0.1-10℃/h的速率降温，使晶体生长5-15小时，缓慢提升晶体，但不脱离液面继续生长，如此重复，待晶体生长停止后，即得到锡硼氧溴Sn2B5O9Br非线性光学晶体；
或采用坩埚下降法在化合物熔体中生长晶体：将步骤c制备的籽晶放在坩埚底部，再将步骤a制备的化合物Sn2B5O9Br多晶粉末放入坩埚中，然后将铂金坩埚密封，保持在真空或惰性气氛下，将生长炉温度升至500-700℃，恒温10-120小时，调整坩埚位置使籽晶微熔，然后以1-10mm/天的速度降低坩埚，保持生长温度不变，或以最快速度3℃/h的降温速率降至400℃，待生长结束后，再以5-10℃/h的速率快速降至室温，即得到锡硼氧溴Sn2B5O9Br非线性光学晶体；
所述高温熔液法生长锡硼氧溴非线性光学晶体的具体操作按下列步骤进行：
a、将含Sn化合物、含B化合物和含Br化合物按摩尔比Sn∶B∶Br＝2∶5∶1混合均匀，装入铂金坩埚，置于马弗炉中在真空或惰性气氛下，300-500℃，恒温24-120小时，即得到Sn2B5O9Br多晶粉末，其中所述含Sn化合物为SnO、SnBr2或SnB4O7；含B化合物为H3BO3、B2O3或SnB4O7；含Br为化合物SnBr2；
b、将步骤a得到的化合物Sn2B5O9Br多晶粉末与助熔剂按摩尔比1∶0.1-6混合均匀，再装入铂金坩埚中，置于真空或惰性气氛下，升温至500-800℃，恒温5-120小时，得到混合熔体；其中所述助熔剂为SnBr2、H3BO3或B2O3；
c、制备籽晶：将步骤b得到的混合熔体置于单晶炉中，置于真空或惰性气氛下，以0.1-2℃/h的速率缓慢降至400℃，再以5-10℃/h的速率快速降温至室温，得到Sn2B5O9Br籽晶；
d、生长晶体：将步骤c得到的籽晶固定于籽晶杆上，置于真空或惰性气氛下，从步骤b制得的混合熔体的上方下籽晶，通过晶体生长控制仪施加2-20rpm的晶转，以温度0.1-3℃/h的速率降温，待晶体生长停止后，即得到锡硼氧溴Sn2B5O9Br非线性光学晶体；
所述真空封装法生长锡硼氧溴非线性光学晶体的具体操作按下列步骤进行：
a、将含Sn化合物、含B化合物和含Br化合物按摩尔比Sn∶B∶Br＝2∶5∶1混合均匀，装入铂金坩埚，置于马弗炉中在真空或惰性气氛下，300-500℃，恒温24-120小时，即得到化合物Sn2B5O9Br多晶粉末，其中所述含Sn化合物为SnO、SnBr2或SnB4O7；含B化合物为H3BO3、B2O3或SnB4O7；含Br为化合物SnBr2；
b、将步骤a得到的化合物Sn2B5O9Br多晶粉末与助熔剂按摩尔比0-1∶0.1-6混合均匀，装入石英管中，高温密封后置于马弗炉中，升温至500-800℃，恒温24-120小时，然后以0.1-3℃/h的速率降温至350℃，再以5-10℃/h的速率快速降温至室温，即得到锡硼氧溴Sn2B5O9Br非线性光学晶体，其中所述助熔剂为SnBr2，H3BO3或B2O3；
所述水热法生长锡硼氧溴非线性光学晶体的具体操作按下列步骤进行：
a、将含Sn化合物、含B化合物和含Br化合物按摩尔比Sn∶B∶Br＝2∶5∶1混合均匀，装入铂金坩埚，置于马弗炉中，在真空或惰性气氛下，温度300-500℃，恒温24-120小时，即得到化合物Sn2B5O9Br多晶粉末，所述含Sn化合物为SnO、SnBr2或SnB4O7；含B化合物为H3BO3、B2O3或SnB4O7；含Br为化合物SnBr2；
b、将步骤a得到的化合物Sn2B5O9Br多晶粉末置入去离子水中溶解，将不完全溶解的混合物在温度60℃超声波处理，使其充分混合溶解，用HBr和NH3·H2O调节pH值为8-11；
c、将步骤b得到的混合溶液转入到干净、无污染的体积为100mL的高压反应釜的内衬中，并将反应釜旋紧密封；
d、将高压反应釜放置在恒温箱内，升温至150-350℃，恒温5-8天，再以5-20℃/天的降温速率降至室温，即得到锡硼氧溴Sn2B5O9Br非线性光学晶体；
所述室温溶液法生长锡硼氧溴Sn2B5O9Br非线性光学晶体的具体操作按下列步骤进行：
a、将含Sn化合物、含B化合物和含Br化合物按摩尔比Sn∶B∶Br＝2∶5∶1混合均匀，装入铂金坩埚，置于马弗炉中在真空或惰性气氛下，温度300-500℃，恒温24-120小时，即得到化合物Sn2B5O9Br多晶粉末，所述含Sn化合物为SnO、SnBr2或SnB4O7；含B化合物为H3BO3、B2O3或SnB4O7；含Br为化合物SnBr2；
b、将步骤a得到的化合物Sn2B5O9Br多晶粉末放入洗干净的玻璃容器中，加入20-100mL去离子水，然后超声波处理使充分混合溶解，用HBr和NH3·H2O调节pH值为8-11，用滤纸过滤得到混合溶液；
c、将步骤b得到的混合溶液置于干净的玻璃容器中，用称量纸封口，放在无晃动、无污染、无空气对流的静态环境中，将封口扎若干个小孔用以调节水溶液中水的蒸发速率，在室温下静置5-20天；
d、待步骤c中的溶液在容器底部长出晶体颗粒，直至晶体颗粒大小不再明显变化，得到籽晶；
e、选择步骤d中质量较好的籽晶，将其悬挂于步骤b制得的混合溶液中，在室温下静置生长10-30天，即得到锡硼氧溴Sn2B5O9Br非线性光学晶体。
所述锡硼氧溴非线性光学晶体在制备Nd:YAG激光器所输出的1064nm的基频光进行2倍频的谐波光输出的用途。
所述锡硼氧溴非线性光学晶体在制备产生532nm的短波长倍频光输出中的用途。
所述锡硼氧溴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中的用途。
本发明所述锡硼氧溴非线性光学晶体的制备方法，在制备过程中所用的容器为铂金坩埚，铱坩埚，陶瓷坩埚，石英管，锥形瓶，烧杯，内衬为聚四氟乙烯内衬或装有铂金套管的不锈钢内衬的水热釜。当容器为石英管时，密封之前需要抽真空，避免反应过程中原料挥发使石英管炸裂。当容器为锥形瓶或烧杯，须先用酸将容器清洗干净，再用去离子水润洗，晾干。
本发明所述的锡硼氧溴非线性光学晶体的制备方法，在制备过程中所用的电阻炉为马弗炉或干燥箱。
采用本发明所述的锡硼氧溴非线性光学晶体的制备方法，通过该方法获得尺寸为厘米级的Sn2B5O9Br非线性光学晶体，使用大尺寸坩埚或容器，并延长晶体的生长周期，则可获得相应大尺寸的Sn2B5O9Br非线性光学晶体，在晶体生长中，晶体易长大透明无包裹，具有生长速度快，成本低，容易获得大尺寸晶体等优点。
采用本发明所述的锡硼氧溴非线性光学晶体的制备方法，获得的大尺寸Sn2B5O9Br非线性光学晶体，根据晶体的结晶学数据，将晶体毛胚定向，按所需角度、厚度和截面尺寸切割晶体，将晶体的通光面抛光，即可作为非线性光学和器件使用，Sn2B5O9Br非线性光学晶体具有透光波段达330nm左右，物化性能稳定，不易潮解，易于加工和保存等优点。
附图说明
图1为本发明化合物Sn2B5O9Br的粉末XRD谱图；
图2为本发明Sn2B5O9Br非线性光学晶体的结构图；
图3为本发明Sn2B5O9Br非线性晶体制作的非线性光学器件的工作原理图，其中1为激光器，2为全聚透镜，3为Sn2B5O9Br晶体，4为分光棱镜，5为滤波片。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明做进一步描述，需要说明的是，下述实施例不能作为对本发明保护范围的限制，任何在本发明基础上做出的改进都不违背本发明精神。本发明所用原料或设备，如无特殊说明，均是商业上可以购买得到的。
实施例1
制备化合物：
按反应式：2SnBr2+3B2O3→Sn2B5O9Br+BBr3，采用固相反应法合成化合物Sn2B5O9Br：
将SnBr2，B2O3按摩尔比2:3混合均匀，装入铂金坩埚，置于马弗炉中，在真空或惰性气氛下，升温至450℃，恒温60小时，即得到化合物Sn2B5O9Br的多晶粉末。
实施例2
制备化合物：
按反应式：2SnBr2+5H3BO3→Sn2B5O9Br+6H2O+3HBr，采用固相反应法合成化合物Sn2B5O9Br：
将SnBr2，H3BO3按摩尔比2:5混合均匀，装入铂金坩埚，置于马弗炉中，在真空或惰性气氛下，升温至400℃，恒温100小时，即得到化合物Sn2B5O9Br的多晶粉末。
实施例3
制备化合物：
按反应式：SnO+SnBr2+2B2O3+H3BO3→Sn2B5O9Br+HBr+H2O，采用固相反应法合成化合物Sn2B5O9Br：
将SnO，SnBr2，B2O3，H3BO3按实施例3中的反应式的比例混合均匀，装入铂金坩埚，置于马弗炉中，在真空或惰性气氛下，升温至500℃，恒温120小时，即得到化合物Sn2B5O9Br的多晶粉末。
实施例4
制备化合物：
按反应式：SnO+2SnBr2+5SnB4O7→4Sn2B5O9Br，采用固相反应法合成化合物Sn2B5O9Br：
将SnO，SnBr2，SnB4O7按摩尔比1:2:5混合均匀，装入铂金坩埚，置于马弗炉中在真空或惰性气氛下，升温至470℃，恒温100小时，即得到化合物Sn2B5O9Br的多晶粉末。
实施例5
制备化合物：
按反应式：2SnBr2+3B2O3→Sn2B5O9Br+BBr3，采用真空封装法合成化合物Sn2B5O9Br：
将SnBr2，B2O3按摩尔比2:3混合均匀，装入Φ40mm的石英管中，将石英管抽真空，真空度达到1×10-3Pa，高温密封后置于马弗炉中，以5℃/h的速率升温至450℃，恒温60小时，即得到化合物Sn2B5O9Br的多晶粉末。
实施例6
制备化合物：
按反应式：2SnBr2+5H3BO3→Sn2B5O9Br+6H2O+3HBr，采用真空封装法合成化合物Sn2B5O9Br：
将SnBr2，H3BO3按摩尔比2:5混合均匀，装入Φ40mm的石英管中，将石英管抽真空，真空度达到1×10-3Pa，高温密封后置于马弗炉中，以8℃/h的速率升温至420℃，恒温72小时，即得到化合物Sn2B5O9Br的多晶粉末。
实施例7
制备化合物：
按反应式：SnO+SnBr2+2B2O3+H3BO3→Sn2B5O9Br+HBr+H2O，采用真空封装法合成化合物Sn2B5O9Br：
将SnO，SnBr2，B2O3，H3BO3按实施例7中的反应式的比例混合均匀，装入Φ40mm的石英管中，将石英管抽真空，真空度达到1×10-3Pa，高温密封后置于马弗炉中，以8℃/h的速率升温至450℃，恒温72小时，即得到化合物Sn2B5O9Br的多晶粉末。
实施例8
制备化合物：
按反应式：SnO+2SnBr2+5SnB4O7→4Sn2B5O9Br，采用真空封装法合成化合物Sn2B5O9Br：
将SnO，SnBr2，SnB4O7按摩尔比1:2:5混合均匀，装入Φ40mm的石英管中，将石英管抽真空，真空度达到1×10-3Pa，高温密封后置于马弗炉中，以10℃/h的速率升温至500℃，恒温60小时，即得到化合物Sn2B5O9Br的多晶粉末。
实施例9
采用熔体法生长锡硼氧溴Sn2B5O9Br非线性光学晶体：
按照实施例1-8制备得到的任意化合物Sn2B5O9Br多晶粉末装入铂金坩埚，置于马弗炉中，在真空或惰性气氛下，升温至700℃，恒温20小时，得到混合熔体；
将得到的混合熔体以0.3℃/h的速率温度缓慢降至350℃，再以3℃/h的速率快速降温至室温，得到Sn2B5O9Br籽晶；
采用提拉法生长晶体：将得到的籽晶固定于籽晶杆上，从装有制得的混合熔体的上方下籽晶，通过晶体生长控制仪施加3rpm的晶转，以2mm/天的速度提拉籽晶，以温度0.2℃/h的速率降温，待晶体生长停止后，即得到尺寸为17mm×16mm×12mm的锡硼氧溴Sn2B5O9Br非线性光学晶体。
实施例10
采用熔体法生长锡硼氧溴Sn2B5O9Br非线性光学晶体：
按照实施例1-8制备得到的任意化合物Sn2B5O9Br多晶粉末装入铂金坩埚，置于马弗炉中，在真空或惰性气氛下，升温至700℃，恒温20小时，得到混合熔体；
将得到的混合熔体以0.3℃/h的速率温度缓慢降至350℃，再以3℃/h的速率快速降温至室温，得到Sn2B5O9Br籽晶；
)采用泡生法生长晶体：将得到的籽晶固定于籽晶杆上，从装有制得的混合熔体的上方下籽晶，以0.2℃/h的速率降温，使晶体生长10小时，缓慢提升晶体但不脱离液面，继续生长，如此重复3次，即得到尺寸为15mm×14mm×12wmm的锡硼氧溴Sn2B5O9Br非线性光学晶体。
实施例11
采用熔体法生长锡硼氧溴Sn2B5O9Br非线性光学晶体：
按照实施例1-8制备得到的任意化合物Sn2B5O9Br多晶粉末装入铂金坩埚，置于马弗炉中，在真空或惰性气氛下，升温至700℃，恒温20小时，得到混合熔体；
将得到的混合熔体以0.3℃/h的速率温度缓慢降至350℃，再以3℃/h的速率快速降温至室温，得到Sn2B5O9Br籽晶；
采用坩埚下降法在化合物熔体中生长晶体：将得到的籽晶放在坩埚底部，再将实施例5制备的化合物Sn2B5O9Br多晶粉末放入坩埚中，然后将铂金坩埚密封，将生长炉温度升至650℃，恒温15小时，调整坩埚位置使籽晶微熔，然后以1mm/天的速度降低坩埚，以2℃/h的降温速率降至400℃，待生长结束后，再以8℃/h的速率快速降至室温，即得到尺寸为19mm×15mm×12mm的锡硼氧溴Sn2B5O9Br非线性光学晶体。
实施例12
高温熔液法生长锡硼氧溴Sn2B5O9Br非线性光学晶体：
按照实施例1-8制备得到的任意化合物Sn2B5O9Br多晶粉末与助熔剂B2O3按摩尔比1∶0.2混合均匀，装入铂金坩埚中，升温至720℃，恒温10小时，得到混合熔液；装入铂金坩埚，置于马弗炉中，在真空或惰性气氛下，升温至720℃，恒温10小时，得到混合熔体；
制备籽晶：将得到的混合熔液置于单晶炉中，以0.1℃/h的速率缓慢降至400℃，再以6℃/h的速率快速降温至室温，得到Sn2B5O9Br籽晶；
生长晶体：将得到的籽晶固定于籽晶杆上，从装有制得的混合熔体的上方下籽晶，通过晶体生长控制仪施加2rpm的晶转，以0.1℃/h的速率降温，待晶体生长停止后，即得到尺寸为26mm×23mm×15mm的锡硼氧溴Sn2B5O9Br非线性光学晶体。
实施例13
高温熔液法生长锡硼氧溴Sn2B5O9Br非线性光学晶体：
按照实施例1-8制备得到的任意化合物Sn2B5O9Br多晶粉末与助熔剂SnBr2按摩尔比1∶1混合均匀，装入铂金坩埚中，在真空或惰性气氛下，升温至550℃，恒温10小时，得到混合熔体；
制备籽晶：将得到的混合熔体置于单晶炉中，以0.1℃/h的速率缓慢降至400℃，再以10℃/h的速率快速降温至室温，得到Sn2B5O9Br籽晶；
生长晶体：将得到的籽晶固定于籽晶杆上，从装有制得的混合熔体的上方下籽晶，通过晶体生长控制仪施加5rpm的晶转，以2℃/h的速率降温，待晶体生长停止后，即得到尺寸为25mm×22mm×12mm的锡硼氧溴Sn2B5O9Br非线性光学晶体。
实施例14
高温熔液法生长锡硼氧溴Sn2B5O9Br非线性光学晶体：
按照实施例1-8制备得到的任意化合物Sn2B5O9Br多晶粉末与助熔剂H3BO3按摩尔比1∶5混合均匀，装入铂金坩埚中，在真空或惰性气氛下，升温至500℃，恒温55小时，得到混合熔体；
制备籽晶：将得到的混合熔液置于单晶炉中，以1℃/h的速率缓慢降至400℃，再以8℃/h的速率快速降温至室温，得到Sn2B5O9Br籽晶；
生长晶体：将得到的籽晶固定于籽晶杆上，从装有制得的混合熔体的上方下籽晶，通过晶体生长控制仪施加2rpm的晶转，以1℃/h的速率降温，待晶体生长停止后，即得到尺寸为14mm×12mm×10mm的锡硼氧溴Sn2B5O9Br非线性光学晶体。
实施例15
真空封装法生长锡硼氧溴Sn2B5O9Br非线性光学晶体：
按照实施例1-8制备得到的任意化合物Sn2B5O9Br多晶粉末装入Φ40mm的石英管中，将石英管抽真空，真空度达到1×10-3Pa，高温密封后置于马弗炉中，升温至650℃，恒温5小时，然后以0.1℃/h的速率降温至350℃，再以8℃/h的速率快速降温至室温，即得到尺寸为8mm×6mm×2mm的锡硼氧溴Sn2B5O9Br非线性光学晶体。
实施例16
真空封装法生长锡硼氧溴Sn2B5O9Br非线性光学晶体：
按照实施例1-8制备得到的任意化合物Sn2B5O9Br多晶粉末与助熔剂SnBr2按摩尔比1∶1.5混合均匀，装入Φ40mm的石英管中，将石英管抽真空，真空度达到1×10-3Pa，高温密封后置于马弗炉中，升温至550℃，恒温100小时，然后以0.1℃/h的速率降温至350℃，再以5℃/h的速率快速降温至室温，即得到尺寸为6mm×5mm×3mm的锡硼氧溴Sn2B5O9Br非线性光学晶体。
实施例17
真空封装法生长锡硼氧溴Sn2B5O9Br非线性光学晶体：
按照实施例1-8制备得到的任意化合物Sn2B5O9Br多晶粉末与助熔剂H3BO3按摩尔比1∶6混合均匀，装入Φ40mm的石英管中，将石英管抽真空，真空度达到1×10-3Pa，高温密封后置于马弗炉中，升温至500℃，恒温50小时，然后以2℃/h的速率降温至350℃，再以8℃/h的速率快速降温至室温，即得到尺寸为4mm×3mm×2mm的锡硼氧溴Sn2B5O9Br非线性光学晶体。
实施例18
真空封装法生长锡硼氧溴Sn2B5O9Br非线性光学晶体：
按照实施例1-8制备得到的任意化合物Sn2B5O9Br多晶粉末与助熔剂B2O3按摩尔比1∶0.1混合均匀，装入Φ40mm的石英管中，将石英管抽真空，真空度达到1×10-3Pa，高温密封后置于马弗炉中，升温至600℃，恒温100小时，然后以1℃/h的速率降温至350℃，再以5℃/h的速率快速降温至室温，即得到尺寸为4mm×3mm×1mm的锡硼氧溴Sn2B5O9Br非线性光学晶体。
实施例19
水热法生长锡硼氧溴Sn2B5O9Br非线性光学晶体：
按照实施例1-8制备得到的任意化合物Sn2B5O9Br多晶粉末置入去离子水中溶解，将不完全溶解的混合物在温度60℃超声波处理，使其充分混合溶解；用HBr和NH3·H2O调节pH值为9；
将得到的混合溶液转入到干净、无污染的体积为100mL的高压反应釜的内衬中，并将反应釜旋紧密封；
将高压反应釜放置在恒温箱内，升温至180℃，恒温7天，再以5℃/天的降温速率降至室温，即得到尺寸为5mm×3mm×2mm的锡硼氧溴Sn2B5O9Br非线性光学晶体。
实施例20
室温溶液法生长锡硼氧溴Sn2B5O9Br非线性光学晶体
按照实施例1-8制备得到的任意化合物Sn2B5O9Br多晶粉末放入洗干净的玻璃容器中，加入25mL去离子水，然后超声波处理使充分混合溶解，用HBr和NH3·H2O调节溶液pH值为9，用滤纸过滤得到混合溶液；
将得到的混合溶液置于干净的三角瓶中，用称量纸封口，放在无晃动、无污染、无空气对流的静态环境中，将封口扎若干个小孔用以调节水溶液中水的蒸发速率，在室温下静置5天；
待溶液在容器底部长出晶体颗粒，直至晶体颗粒大小不再明显变化，得到籽晶；
选择质量较好的籽晶，将其悬挂于制得的混合溶液中，在室温下静置生长30天即可得到尺寸为10mm×8mm×7mm的锡硼氧溴Sn2B5O9Br非线性光学晶体。
实施例21
将实施例9-20所得的任意Sn2B5O9Br非线性光学晶体按相匹配方向加工，按附图3所示安置在3的位置上，在室温下，用调Q-Nd:YAG激光器作光源，入射波长为1064nm，由调Q的Nd:YAG激光器1发出波长为1064nm的红外光束，通过全聚透镜2射入Sn2B5O9Br单晶3，产生波长为532nm的绿色倍频光，再次通过分光棱镜4进入滤波片5，其输出强度约为同等条件KDP的2.4倍。

Claims (7)

1.一种化合物锡硼氧溴，其特征在于该化合物的化学式为Sn2B5O9Br，分子量为515.37，采用固相合成法或真空封装法制成。
2.一种如权利要求1所述的化合物锡硼氧溴的制备方法，其特征在于采用固相合成法或真空封装法制备，具体操作按下列步骤进行：
所述固相合成法制备化合物锡硼氧溴：
将含Sn化合物、含B化合物和含Br化合物按摩尔比Sn∶B∶Br＝2∶5∶1均匀混合，装入铂金坩埚，置于马弗炉中，在真空或惰性气氛下，升温至300-500℃，恒温24-120小时，即得到化合物Sn2B5O9Br，其中所述含Sn化合物为SnO、SnBr2或SnB4O7；含B化合物为H3BO3、B2O3或SnB4O7；含Br为化合物SnBr2；
所述真空封装法制备化合物锡硼氧溴：
将含Sn化合物、含B化合物和含Br化合物按摩尔比Sn∶B∶Br＝2∶5∶1混合均匀，装入石英管中，将石英管抽真空，真空度达到1×10−3 Pa，高温密封后置于马弗炉中，以5-10℃/h的速率升温至300-500℃，恒温24-120小时，即得到化合物Sn2B5O9Br，其中所述含Sn化合物为SnO、SnBr2或SnB4O7；含B化合物为H3BO3、B2O3或SnB4O7；含Br为化合物SnBr2。
3.一种锡硼氧溴非线性光学晶体，其特征在于该晶体的化学式为Sn2B5O9Br，分子量为515.37，属于正交晶系，空间群为Pnn2，晶胞参数为a = 11.398(4) Å，b =11.446(4) Å，c =6.553 (2) Å，单胞体积为854.9(5) Å3。
4.一种如权利要求3所述的锡硼氧溴非线性光学晶体的制备方法，其特征在于采用熔体法，高温熔液法，真空封装法，水热法或室温溶液法生长晶体；
所述熔体法生长锡硼氧溴非线性光学晶体的具体操作按下列步骤进行：
a、将含Sn化合物、含B化合物和含Br化合物按摩尔比Sn∶B∶Br＝2∶5∶1混合均匀，装入铂金坩埚，置于马弗炉中在真空或惰性气氛下，升温至300-500℃，恒温24-120小时，即得到Sn2B5O9Br多晶粉末，其中所述含Sn化合物为SnO、SnBr2或SnB4O7；含B化合物为H3BO3、B2O3或SnB4O7；含Br为化合物SnBr2；
b、将步骤a制备的Sn2B5O9Br多晶粉末装入铂金坩埚，置于马弗炉中，在真空或惰性气氛下，升温至650-750℃，恒温10-120小时，得到混合熔体；
c、将步骤b得到的混合熔体以0.2-3℃/h的速率缓慢降至350℃，再以2-5℃/h的速率快速降至室温，得到Sn2B5O9Br籽晶；
d、采用提拉法在化合物熔体中生长晶体：将步骤c得到的籽晶固定于籽晶杆上，置于真空或惰性气氛下，从步骤b制得的混合熔体的上方下籽晶，通过晶体生长控制仪施加2-15rpm的晶转，以1-8 mm/天的速度提拉籽晶，同时以0.1-5℃/h的速率降温，待晶体生长停止后，即得到锡硼氧溴Sn2B5O9Br非线性光学晶体；
或采用泡生法在化合物熔体中生长晶体：将步骤c得到的籽晶固定于籽晶杆上，置于真空或惰性气氛下，从步骤b制得的熔体的上方下籽晶，以0.1-10℃/h的速率降温，使晶体生长5-15小时，缓慢提升晶体，但不脱离液面继续生长，如此重复，待晶体生长停止后，即得到锡硼氧溴Sn2B5O9Br非线性光学晶体；
或采用坩埚下降法在化合物熔体中生长晶体：将步骤c制备的籽晶放在坩埚底部，再将步骤a制备的化合物Sn2B5O9Br多晶粉末放入坩埚中，然后将铂金坩埚密封，保持在真空或惰性气氛下，将生长炉温度升至500-700℃，恒温10-120小时，调整坩埚位置使籽晶微熔，然后以1-10 mm/天的速度降低坩埚，保持生长温度不变，或以最快速度3℃/h的降温速率降至400℃，待生长结束后，再以5-10 ℃/h的速率快速降至室温，即得到锡硼氧溴Sn2B5O9Br非线性光学晶体；
所述高温熔液法生长锡硼氧溴非线性光学晶体的具体操作按下列步骤进行：
a、将含Sn化合物、含B化合物和含Br化合物按摩尔比Sn∶B∶Br＝2∶5∶1混合均匀，装入铂金坩埚，置于马弗炉中在真空或惰性气氛下，300-500℃，恒温24-120小时，即得到Sn2B5O9Br多晶粉末，其中所述含Sn化合物为SnO、SnBr2或SnB4O7；含B化合物为H3BO3、B2O3或SnB4O7；含Br为化合物SnBr2；
b、将步骤a得到的化合物Sn2B5O9Br多晶粉末与助熔剂按摩尔比1∶0.1-6混合均匀，再装入铂金坩埚中，置于真空或惰性气氛下，升温至500-800℃，恒温5-120小时，得到混合熔体；其中所述助熔剂为SnBr2、H3BO3或B2O3；
c、制备籽晶：将步骤b得到的混合熔体置于单晶炉中，置于真空或惰性气氛下，以0.1-2℃/h的速率缓慢降至400℃，再以5-10℃/h的速率快速降温至室温，得到Sn2B5O9Br籽晶；
d、生长晶体：将步骤c得到的籽晶固定于籽晶杆上，置于真空或惰性气氛下，从步骤b制得的混合熔体的上方下籽晶，通过晶体生长控制仪施加2-20rpm的晶转，以温度0.1-3℃/h的速率降温，待晶体生长停止后，即得到锡硼氧溴Sn2B5O9Br非线性光学晶体；
所述真空封装法生长锡硼氧溴非线性光学晶体的具体操作按下列步骤进行：
a、将含Sn化合物、含B化合物和含Br化合物按摩尔比Sn∶B∶Br＝2∶5∶1混合均匀，装入铂金坩埚，置于马弗炉中在真空或惰性气氛下，300-500℃，恒温24-120小时，即得到化合物Sn2B5O9Br多晶粉末，其中所述含Sn化合物为SnO、SnBr2或SnB4O7；含B化合物为H3BO3、B2O3或SnB4O7；含Br为化合物SnBr2；
b、将步骤a得到的化合物Sn2B5O9Br多晶粉末与助熔剂按摩尔比0-1∶0.1-6混合均匀，装入石英管中，高温密封后置于马弗炉中，升温至500-800℃，恒温24-120小时，然后以0.1-3℃/h的速率降温至350℃，再以5-10℃/h的速率快速降温至室温，即得到锡硼氧溴Sn2B5O9Br非线性光学晶体，其中所述助熔剂为SnBr2，H3BO3或B2O3；
所述水热法生长锡硼氧溴非线性光学晶体的具体操作按下列步骤进行：
a、将含Sn化合物、含B化合物和含Br化合物按摩尔比Sn∶B∶Br＝2∶5∶1混合均匀，装入铂金坩埚，置于马弗炉中，在真空或惰性气氛下，温度300-500℃，恒温24-120小时，即得到化合物Sn2B5O9Br多晶粉末，所述含Sn化合物为SnO、SnBr2或SnB4O7；含B化合物为H3BO3、B2O3或SnB4O7；含Br为化合物SnBr2；
b、将步骤a得到的化合物Sn2B5O9Br多晶粉末置入去离子水中溶解，将不完全溶解的混合物在温度60℃超声波处理，使其充分混合溶解，用HBr和NH3·H2O调节pH值为8-11；
c、将步骤b得到的混合溶液转入到干净、无污染的体积为100 mL的高压反应釜的内衬中，并将反应釜旋紧密封；
d、将高压反应釜放置在恒温箱内，升温至150-350℃，恒温5-8天，再以5-20℃/天的降温速率降至室温，即得到锡硼氧溴Sn2B5O9Br非线性光学晶体；
所述室温溶液法生长锡硼氧溴Sn2B5O9Br非线性光学晶体的具体操作按下列步骤进行：
a、将含Sn化合物、含B化合物和含Br化合物按摩尔比Sn∶B∶Br＝2∶5∶1混合均匀，装入铂金坩埚，置于马弗炉中在真空或惰性气氛下，温度300-500℃，恒温24-120小时，即得到化合物Sn2B5O9Br多晶粉末，所述含Sn化合物为SnO、SnBr2或SnB4O7；含B化合物为H3BO3、B2O3或SnB4O7；含Br为化合物SnBr2；
b、将步骤a得到的化合物Sn2B5O9Br多晶粉末放入洗干净的玻璃容器中，加入20-100mL去离子水，然后超声波处理使充分混合溶解，用HBr和NH3·H2O调节pH值为8-11，用滤纸过滤得到混合溶液；
c、将步骤b得到的混合溶液置于干净的玻璃容器中，用称量纸封口，放在无晃动、无污染、无空气对流的静态环境中，将封口扎若干个小孔用以调节水溶液中水的蒸发速率，在室温下静置5-20天；
d、待步骤c中的溶液在容器底部长出晶体颗粒，直至晶体颗粒大小不再明显变化，得到籽晶；
e、选择步骤d中质量较好的籽晶，将其悬挂于步骤b制得的混合溶液中，在室温下静置生长10-30天，即得到锡硼氧溴Sn2B5O9Br非线性光学晶体。
5.一种如权利要求3所述的锡硼氧溴非线性光学晶体在制备Nd: YAG激光器所输出的1064nm的基频光进行2倍频的谐波光输出的用途。
6.一种如权利要求3所述的锡硼氧溴非线性光学晶体在制备产生532 nm 的短波长倍频光输出中的用途。
7.一种如权利要求3所述的锡硼氧溴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中的用途。
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