CN113445126A - 氯酸铅红外非线性光学晶体在制备宽波段红外光学窗口材料中的用途 - Google Patents

氯酸铅红外非线性光学晶体在制备宽波段红外光学窗口材料中的用途 Download PDF

Info

Publication number
CN113445126A
CN113445126A CN202110709028.2A CN202110709028A CN113445126A CN 113445126 A CN113445126 A CN 113445126A CN 202110709028 A CN202110709028 A CN 202110709028A CN 113445126 A CN113445126 A CN 113445126A
Authority
CN
China
Prior art keywords
infrared
crystal
window material
optical window
lead chlorate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202110709028.2A
Other languages
English (en)
Inventor
潘世烈
李俊杰
王鹏
高洪波
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xinjiang Technical Institute of Physics and Chemistry of CAS
Original Assignee
Xinjiang Technical Institute of Physics and Chemistry of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xinjiang Technical Institute of Physics and Chemistry of CAS filed Critical Xinjiang Technical Institute of Physics and Chemistry of CAS
Priority to CN202110709028.2A priority Critical patent/CN113445126A/zh
Publication of CN113445126A publication Critical patent/CN113445126A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/16—Oxides
    • C30B29/22—Complex oxides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B11/00—Single-crystal growth by normal freezing or freezing under temperature gradient, e.g. Bridgman-Stockbarger method
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B17/00—Single-crystal growth onto a seed which remains in the melt during growth, e.g. Nacken-Kyropoulos method
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/35—Non-linear optics
    • G02F1/355—Non-linear optics characterised by the materials used
    • G02F1/3551—Crystals

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

本发明涉及一种氯酸铅红外非线性光学晶体在制备宽波段红外光学窗口材料中的用途，该晶体具有优异的红外窗口材料性能：其透过范围为0.34‑13.9μm，其激光损伤阈值是商用材料AgGaS2的12.8倍，带隙能达到3.44 eV，大于商用材料AgGaS2晶体的带隙2.64 eV。氯酸铅晶体综合了当前氧化物红外光学窗口材料优异的力学、物理化学性能及卤化物红外光学窗口材料的宽透过光学性能，是一例极具前景的宽波段红外光学窗口材料，可用于红外激光制导、红外激光雷达、能源探测或远距离激光通讯领域。

Description

氯酸铅红外非线性光学晶体在制备宽波段红外光学窗口材料 中的用途
技术领域
本发明属于红外光学窗口材料的制备领域，具体地涉及氯酸铅(Pb17O8Cl18)红外非线性光学晶体在制备宽波段红外光学窗口材料中的用途。
背景技术
每种处于0K以上的物体都会发射特征的红外波段电磁波，基于此，人们发展了多种红外技术用于通信、医疗、遥感等军民领域。例如，红外制导具有精度高、抗干扰能力强、结构紧凑、隐蔽性好、机动灵活等突出优势，广泛应用于各种导弹的制导、红外预警、观察瞄准等方面，受到世界各国高度重视；红外探测器作为探测和预警红外信号的重要设备，在军事国防和民用领域均具有广泛的应用。其中，红外光学窗口材料，作为实现上述应用的一个关键部件，近年来受到了广泛的关注。商用的红外光学窗口主要包括卤化物、氧化物及硫属化物，如MgF2、Al2O3、MgAl2O4、Y2O3、ZnS和ZnSe等。这些材料具有各自的优缺点，如氧化物具有良好的力学及物理化学稳定性，但透过波段一般仅能覆盖3-5μm，不能满足当前各种红外激光技术对多波段应用的需求；卤化物与硫属化物具有宽的透过波段，尤其是硫属化物能覆盖3-5μm和8-14μm两个重要的大气窗口波段，但该类材料的物理化学稳定性是限制其应用的主要制约因素。因此，随着红外激光技术的发展，亟需发展透过波段宽、力学性能优异、物理化学稳定性高、综合性能优异的新型红外光学窗口材料。
对于一个理想的红外光学窗口材料，需要满足如下基本的要求：(1)在红外波段具有宽的透过波长及高的透过率；(2)具有高的激光损伤阈值；(3)力学性能优异；(4)物理化学性质稳定；(5)易获得光学均匀性好的大尺寸单晶等。近来的研究表明，重金属氧卤化物复合了氧化物与卤化物的结构及性能优势，可以覆盖中红外(3-5μm)和远红外(8-14μm)两个大气窗口，同时具备优异的力学及物理化学性能，可以作为开发宽波段红外光学窗口材料的一个优选体系。
发明内容
本发明目的在于，提供一种氯酸铅红外非线性光学晶体在制备宽波段红外光学窗口材料中的用途。该晶体具有优异的红外窗口材料性能：其透过范围为0.34-13.9μm，其激光损伤阈值是商用材料AgGaS2的12.8倍，带隙能达到3.44eV，大于商用材料AgGaS2晶体的带隙2.64eV。氯酸铅晶体综合了当前氧化物红外光学窗口材料优异的力学、物理化学性能及卤化物红外光学窗口材料的宽透过光学性能，是一例极具前景的宽透过红外光学窗口材料，适用于红外激光制导、红外激光雷达、能源探测或远距离激光通讯中的用途。
本发明所述的一种氯酸铅红外非线性光学晶体在制备宽波段红外光学窗口材料中的用途，该晶体的分子式为Pb17O8Cl18，分子量为4288.33，空间群为Fmm2，其晶胞参数为
Figure BDA0003132612640000021
Figure BDA0003132612640000022
晶胞体积
Figure BDA0003132612640000023
每个晶胞中包含3个Pb17O8Cl18化学式，该晶体材料的透过范围为0.34-13.9μm，带隙达到3.44eV。
所述的氯酸铅晶体在制备红外激光制导、红外激光雷达、能源探测或远距离激光通讯中的用途。
本发明所述的一种氯酸铅红外非线性光学晶体在制备宽波段红外光学窗口材料中的用途，该晶体是在专利申请号201510599729.X的基础上进一步开拓该晶体的用途，其具有大的非线性光学系数、高的激光损伤阈值、宽的红外透光范围、优良的物理化学稳定性。尽管如此，该晶体未曾用于红外光学窗口材料领域。
根据氯酸铅(Pb17O8Cl18)晶体的结晶学数据，将晶体毛坯定向，按所需角度、厚度和截面尺寸切割晶体，将晶体通光面抛光，即可作为红外窗口材料器件使用。
本发明所述的氯酸铅红外非线性光学晶体在制备宽波段红外光学窗口材料中的用途，该氯酸铅具有优异的光学性能，如红外吸收截止边长(13.9μm)、带隙宽(3.44eV)、红外透过范围宽(0.34-13.9μm)、激光损伤阈值高，其粉末激光损伤阈值为AgGaS2的12.8倍，测试条件：调Q Nd:YAG(1064nm,10ns,10Hz)脉冲激光器；测试结果：本发明所述的Pb17O8Cl18与已有的商用材料AgGaS2的粉末激光损伤阈值分别为408,32MW/cm2。可作为一种新型、宽波段中红外光学窗口材料，在高功率红外激光系统中具有重要的应用价值。
本发明所述的一种氯酸铅红外非线性光学晶体在制备宽波段红外光学窗口材料中的用途，该晶体的制备是依据专利申请号201510599729.X制成，晶体的分子式为Pb17O8Cl18，分子量为4288.33，空间群为Fmm2，其晶胞参数为
Figure BDA0003132612640000024
Figure BDA0003132612640000025
晶胞体积
Figure BDA0003132612640000026
所述熔体法生长晶体包括提拉法、泡生法或坩埚下降法，具体操作按下列步骤进行：
a、将PbCl2分别与PbO、Pb(CO3)2、Pb(NO3)2或PbC204放入研钵中，混合并仔细研磨，然后装入Φ400mm×400mm的开口刚玉坩埚中，将其压紧，放入马弗炉中，缓慢升温至300℃，恒温24小时，待冷却后取出坩埚，此时样品较疏松，然后取出样品重新研磨均匀，再置于坩埚中，在马弗炉内于温度430℃再恒温48小时，取出，放入研钵中捣碎研磨即得化合物氯酸铅，对该产物进行X射线分析；
b、将步骤a得到的化合物氯酸铅在坩埚中加热到熔化，加热至温度450–650℃，恒温5-80小时，得到氯酸铅的混合熔体；
或将步骤a得到的化合物氯酸铅中直接加入助熔剂PbCl2或PbO，加热至温度450–650℃，恒温5-80小时，得到含氯酸铅与助熔剂的混合熔液，其中化合物氯酸铅与助熔剂的摩尔比为1:0.1-2；
c、制备氯酸铅籽晶：将步骤b得到的混合熔体或混合熔液以温度0.5–10℃/h的速率缓慢降至室温，自发结晶获得氯酸铅籽晶；
d、将盛有步骤b制得的混合熔体或混合熔液的坩埚置入晶体生长炉中，将步骤c得到的籽晶固定于籽晶杆上，从晶体生长炉顶部下籽晶，先预热籽晶5-60分钟，将籽晶下至接触混合熔液液面或混合熔体中进行回熔，恒温时间5-60分钟，以温度1–60℃/h的速率再降温至350–510℃；
e、再以温度0.1–5℃/天的速率缓慢降温，以0–60rpm转速旋转籽晶杆进行晶体的生长，待单晶生长到所需尺度后，将晶体提离混合熔液表面，并以温度1–80℃/h速率降至室温，然后将晶体从炉膛中取出，即可得到氯酸铅红外非线性光学晶体。
附图说明
图1为Pb17O8Cl18的带隙图谱；
图2为Pb17O8Cl18的红外光学透过图谱；
图3为红外光学窗口材料的工作原理简图。
具体实施方式
本说明书中所公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或者类似特征中的一个例子而已。所述仅仅是为了帮助理解本发明，不应该视为对本发明的具体限制。
下面以附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
采用熔体法生长Pb17O8Cl18晶体应用于红外光学窗口材料：
将通过熔体法生长出的Pb17O8Cl18红外光学晶体，通过手工挑选结晶性良好、形貌均匀的Pb17O8Cl18单晶，使用电热台加热融化石蜡或松香，将手工挑选的Pb17O8Cl18单晶固定在线切割机操作台上，将晶体毛坯切割成规则块状；将切割好的晶片用砂纸由粗到)打磨之后，再使用绒布进行抛光处理，将晶片装在红外视窗法兰上测试其性能；
经测试：Pb17O8Cl18红外光学晶体的带隙和光学透过谱图如图1和图2所示，Pb17O8Cl18的带隙为3.44eV，激光损伤阈值为AgGaS2的12.8倍，测试条件：调Q Nd:YAG(1064nm,10ns,10Hz)脉冲激光器；测试结果：本发明所述的Pb17O8Cl18与已有的AgGaS2的粉末激光损伤阈值分别为408MW/cm2,32MW/cm2，红外透过范围为0.34-13.9μm，覆盖了近红外(1-3μm)、中红外(3-5μm)、远红外(8-14μm)3个重要的大气窗口。
实施例2
坩埚下降法长出的Pb17O8Cl18晶体应用于红外光学窗口材料：
将通过坩埚下降法生长出的Pb17O8Cl18红外光学晶体，通过手工挑选结晶性良好，形貌均匀的Pb17O8Cl18单晶，使用电热台加热融化石蜡或松香，将手工挑选的Pb17O8Cl18单晶固定在线切割机操作台上，将晶体毛坯切割成规则块状；将切割好的晶片用砂纸由粗到细打磨之后，再使用绒布进行抛光处理，将晶片装在红外视窗法兰上测试其性能；
经测试，Pb17O8Cl18红外光学晶体的带隙和光学透过谱图如图1和图2所示，Pb17O8Cl18的带隙为3.44eV，激光损伤阈值为AgGaS2的12.8倍，测试条件：调Q Nd:YAG(1064nm,10ns,10Hz)脉冲激光器；测试结果：本发明所述的Pb17O8Cl18与已有的AgGaS2的粉末激光损伤阈值分别为408MW/cm2,32MW/cm2，红外透过范围为0.34-13.9μm，覆盖了近(1-3μm)、中(3-5μm)、远红外(8-14μm)3个重要的大气窗口。
实施例3
将Pb17O8Cl18红外光学晶体，按图3所示将Pb17O8Cl18红外光学晶体安置在红外窗口材料的位置上，能够最大限度地传递目标物产生的辐射，并且有效保护红外光学系统，图3是采用本发明Pb17O8Cl18红外光学晶体制成的一种典型的红外热成像仪工作原理图，所用红外窗口材料是经后处理及光学加工后的Pb17O8Cl18红外光学晶体，目标物发射出的红外线透过特殊的光学窗口材料被红外探测器所吸收，探测器将强弱不等的红外信号转换为电信号，再经过放大和视频处理后，形成可供人眼观察的热图像显示在屏幕上。

Claims (2)

1.一种氯酸铅红外非线性光学晶体在制备宽波段红外光学窗口材料中的用途，其特征在于：该晶体的分子式为Pb17O8Cl18，分子量为4288.33，空间群为Fmm2，其晶胞参数为a =35.4963(14) Å, b = 5.8320(2) Å, c = 16.0912(6) Å,晶胞体积 V = 3331.1(2) Å3，每个晶胞中包含3个Pb17O8Cl18化学式，该晶体材料的透过范围为0.34-13.9μm，带隙3.44 eV。
2.如权利要求1所述的氯酸铅红外非线性光学晶体在制备红外激光制导、红外激光雷达、能源探测或远距离激光通讯中的用途。
CN202110709028.2A 2021-06-25 2021-06-25 氯酸铅红外非线性光学晶体在制备宽波段红外光学窗口材料中的用途 Pending CN113445126A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110709028.2A CN113445126A (zh) 2021-06-25 2021-06-25 氯酸铅红外非线性光学晶体在制备宽波段红外光学窗口材料中的用途

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110709028.2A CN113445126A (zh) 2021-06-25 2021-06-25 氯酸铅红外非线性光学晶体在制备宽波段红外光学窗口材料中的用途

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN113445126A true CN113445126A (zh) 2021-09-28

Family

ID=77812832

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110709028.2A Pending CN113445126A (zh) 2021-06-25 2021-06-25 氯酸铅红外非线性光学晶体在制备宽波段红外光学窗口材料中的用途

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113445126A (zh)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101153822A (zh) * 2007-10-16 2008-04-02 浙江红相科技有限公司 红外窗口及生产方法和在电气设备红外成像检测上的应用
CN102277621A (zh) * 2010-06-10 2011-12-14 中国科学院福建物质结构研究所 一种新型红外非线性光学晶体硫铟铋钡
CN106544731A (zh) * 2015-09-19 2017-03-29 中国科学院新疆理化技术研究所 氯酸铅红外非线性光学晶体及制备方法和用途
CN109338471A (zh) * 2018-11-28 2019-02-15 同济大学 一种中红外光学倍频晶体氟代钨碘酸钾材料及制备与应用

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101153822A (zh) * 2007-10-16 2008-04-02 浙江红相科技有限公司 红外窗口及生产方法和在电气设备红外成像检测上的应用
CN102277621A (zh) * 2010-06-10 2011-12-14 中国科学院福建物质结构研究所 一种新型红外非线性光学晶体硫铟铋钡
CN106544731A (zh) * 2015-09-19 2017-03-29 中国科学院新疆理化技术研究所 氯酸铅红外非线性光学晶体及制备方法和用途
CN109338471A (zh) * 2018-11-28 2019-02-15 同济大学 一种中红外光学倍频晶体氟代钨碘酸钾材料及制备与应用

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
HUI ZHANG: "Pb17O8Cl18: A Promising IR Nonlinear Optical Material with LargeLaser Damage Threshold Synthesized in an Open System", 《J. AM. CHEM. SOC.》 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2640807A1 (en) Luminescent material comprising a doped rare earth silicate
Senguttuvan et al. Crystal growth and luminescence properties of Li2B4O7 single crystals doped with Ce, In, Ni, Cu and Ti ions
EP1735403A2 (en) Method and structure for non-linear optics
Mével et al. First ZnGa2O4 transparent ceramics
US8455833B2 (en) Single crystal scintillator material, method for producing same, radiation detector and PET system
Hora et al. X-ray excited optical luminescence of Eu-doped YAG nanophosphors produced via glucose sol–gel route
US6917042B2 (en) Crystalline filters for ultraviolet sensors
CN109161968A (zh) 一种红色长余辉单晶体材料及其制备方法
CN113445126A (zh) 氯酸铅红外非线性光学晶体在制备宽波段红外光学窗口材料中的用途
Dubovik et al. Research and Development of ZnBO_4 (B= W, Mo) Crystal Scintillators for Dark Matter and Double Beta Decay Searching
CN112575368B (zh) 一种含镓的非线性光学晶体材料及其合成方法与应用
Fu et al. Ce3+: Lu3Al5O12–Al2O3 optical nanoceramic scintillators elaborated via a low-temperature glass crystallization route
WANG et al. Large-size Er, Yb: YAG single crystal: growth and performance
Petrova et al. Lead borate oxyfluoride glasses doped with Nd 3+ ions and transparent glass–crystal materials based on them
CN102703067A (zh) 近红外发光的铋掺杂氯代五硼酸钡晶体及其制备方法
JP2012149223A (ja) Ｘ線シンチレータ用材料
CN113322517B (zh) 化合物镉铅氧氯和镉铅氧氯红外光学晶体及制备方法和用途
Sarukura et al. Czochralski growth of oxides and fluorides
Kar et al. Structural and optical investigations on Mn doped Li2B4O7 crystals
RU2604614C1 (ru) Люминесцирующий стеклокристаллический материал
Głowacki et al. Europium and potassium co-doped strontium metaborate single crystals grown by the Czochralski method
CN104386730A (zh) 一种Ho3+/Yb3+双掺杂α-NaYF4激光晶体及其制备方法
Lu et al. Optical properties of transparent ZnSe0. 9S0. 1 mixed crystal ceramics prepared by hot isostatic pressing
CN111188092B (zh) 一种镉锌硅硫晶体及其制备方法与用途
CN109853039B (zh) 一种单晶材料Ba13In12Zn7S38制备方法及其应用

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20210928