化合物硅酸铋铯非线性光学晶体及其制备方法和用途

摘要

化合物硅酸铋铯非线性光学晶体及其制备方法和用途，该化合物的化学式为Cs6Bi6Si6O24，是将含铯、铋、硅的化合物原料混合并充分研磨，低温锻烧以除去原料中的水分、气体，增温继续锻烧，期间多次取出并研磨，冷却至室温，得到硅酸铋铯纯相；将所得化合物硅酸铋铯单相与助熔剂的混合物，升温化料获得均一的混合溶液，或直接将含铯化合物、含铋化合物和含硅化合物的混合物或含铯化合物、含铋化合物和含硅化合物与助熔剂的混合物升温达到熔融状态；利用铂金丝将硅酸铋铯籽晶缓慢下降至接触液面或液面以下进行回熔处理，然后降温至饱和温度以下或恒温生长，获得本发明产品。所得产品具有较宽的透过范围，且物理化学性质稳定，不易潮解，可制备倍频器件。

说明书

技术领域

本发明属于光学晶体材料技术领域，涉及一种硅酸铋铯非线性光学晶体及其制备方法和应用。

背景技术

激光是20世纪以来继核能、电脑、半导体之后，人类的又一重大发明，被称为“最快的刀”、“最准的尺”、“最亮的光”。激光广泛应用于军事、工业、医疗、生活等领域，如激光加工、光纤通信、激光武器等。通过受激辐射产生的激光波长有限，而在实际应用中，应用领域不同，所需要的激光波段也不同，因此需要对激光进行调谐。非线性光学晶体可以利用晶体的非线性光学特性对激光进行变频，是制备光学器件的关键材料。目前为止，具有代表性的二阶非线性光学晶体主要有:LN(LiNbO

近年来，在紫外波段非线性光学晶体研究中硼酸盐材料较多，而硅酸盐材料研究较少，这是因为具有非中心对称结构的硅酸盐晶体倍频较小，并且一些具有倍频效应的硅酸盐晶体不能实现相位匹配而难以实际应用。

发明内容

本发明将含有孤对电子且极性较大的Bi

本发明目的一在于提供化合物硅酸铋铯非线性光学晶体，化学式为Cs

本发明目的二在于提供一种硅酸铋铯二阶非线性光学晶体的制备方法和生长方法；

本发明目的三是提供硅酸铋铯非线性光学器件的用途。

实现上述目的可通过以下技术方案:

本发明提供的化合物硅酸铋铯，其化学式为Cs

所述含铯化合物包括氧化铯、氢氧化铯或铯盐中的至少一种；铯盐包括氟化铯、氯化铯、溴化铯、硝酸铯、碳酸铯、草酸铯、碳酸氢铯、硫酸铯中的至少一种；

所述含铋化合物包括氧化铋、氢氧化铋或铋盐中的至少一种；铋盐包括氯化铋、硝酸铋、草酸铋、硫酸铋中的至少一种；

所述含硅化合物为二氧化硅或硅酸。

其采用固相反应法可按下列化学反应式制备硅酸铋铯化合物:

1)3Cs

2)6CsHCO

3)6CsNO

4)6CsOH+3Bi

5)3Cs

6)3Cs

7)6CsF+3Bi

8)6CsCl+3Bi

9)6CsBr+3Bi

10)3Cs

11)3Cs

12)6CsHCO

14)6CsOH+6Bi(OH)

15)3Cs

16)3Cs

17)6CsF+6Bi(OH)

18)6CsCl+6Bi(OH)

19)6CsBr+6Bi(OH)

20)3Cs

本发明提供了一种硅酸铋铯非线性光学晶体，该化合物的化学式为Cs

本发明提供了一种硅酸铋铯非线性光学晶体的制备和生长方法，采用助熔剂法降温结晶，即得到目的产物。

a、将化合物硅酸铋铯单相多晶粉末与助熔剂混合均匀，以温度1-100℃/h的升温速率将其加热至温度780-900℃，恒温时间15～25h，将混合溶液降温至650-750℃，进一步的，硅酸铋铯多晶粉末与助熔剂的摩尔比为1:0-10；

或直接将含铯化合物、含铋化合物和含硅化合物的混合物或含铯化合物、含铋化合物和含硅化合物与助熔剂的混合物，以温度1-100℃/h的升温速率将其加热至780-900℃，恒温时间15～25h，再将混合溶液降温至650-750℃，其中含铯化合物、含铋化合物和含硅化合物与助熔剂的摩尔比为1:1:2:0-10；

所述助熔剂主要为自助熔剂，比如氧化铯、氧化铋、氟化铯、氧化硼或复合助熔剂，其中复合助熔剂包括Cs

所述化合物硅酸铋铯单相多晶粉末采用固相烧结法获得，步骤如下:将含铯化合物、含铋化合物、含硅化合物均匀混合，采用固相反应法制得硅酸铋铯，含铯化合物中元素铯、含铋化合物中元素铋、含硅化合物中元素硅的摩尔比为1:1:1，将以上化合物原料充分混合，研磨后放入Pt坩埚并放于电阻炉中，低温煅烧以除去原料中的水分和气体，再升温至700-740℃，期间多次取出研磨并继续锻烧，锻烧时间不少于3天，反应结束后降至室温，获得目的化合物。

b、制备硅酸铋铯晶粒:步骤a得到的混合溶液以温度0.2-5℃/h的速率缓慢降至室温，自发结晶获得硅酸铋铯晶粒；

c、将盛有步骤a制得混合溶液的Pt坩埚置入晶体生长炉中，将步骤b得到的晶粒作为籽晶，通过铂金丝置于液面上方，先预热籽晶不少于15min，在高于饱和点3-8℃时，将籽晶下入溶液液面，恒温5-10分钟除去籽晶表面杂质，然后以20-50℃/h的降温速率快速降至饱和点温度；

d、再以温度0.5-3℃/天的速率缓慢降温，籽晶杆转速10-40rpm，晶体生长到所需尺寸后，将晶体提离液面上方1-2cm，随后以不高于100℃/h速率降至室温，即获得硅酸铋铯非线性光学晶体。

所述助熔剂Cs

本发明制备的硅酸铋铯非线性光学晶体，该化合物的化学式为Cs

采用本发明所述方法获得的化合物硅酸铋铯可制备倍频器件，室温下利用Nd:YAG调Q激光器光源，发射波长为1064nm的红外光，通过目的晶体后，可输出波长为532nm的绿色激光。

附图说明

图1为Cs

图2为Cs

图3为Cs

图4为Cs

图5为Cs

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的阐述，下述实施例仅作为说明，并不以任何方式限制本发明的保护范围:

实施例1:

按反应式:3Cs

原料Cs

将制备的化合物硅酸铋铯Cs

以0.5-5℃/h的降温速率使溶液缓慢降温，获得硅酸铋铯晶粒；

晶体生长：将自发结晶得到的Cs

再以0.5-3℃/天的速率降温，籽晶杆转速为10-40rpm，生长结束后，将晶体提脱液面以上1cm，以10-50℃/小时的速率降至室温，然后取出晶体，即可获得Cs

反应式中的原料碳酸铯可以用氧化铯或氯化铯或溴化铯或硝酸铯或草酸铯或氢氧化铯或碳酸氢铯或硫酸铯等其他含铯盐替换，氧化铋可以用氢氧化铋或氯化铋或硝酸铋或硫酸铋等其他含铋盐替换，二氧化硅可用硅酸替换。

实施例2:

按反应式:3Cs

将制备的化合物硅酸铋铯Cs

以0.5-5℃/h的降温速率使溶液缓慢降温，获得硅酸铋铯晶粒；

晶体生长：将自发结晶得到的Cs

再以0.5-3℃/天的速率降温，籽晶杆转速为10-40rpm，生长结束后，将晶体提脱液面以上1cm，以10-50℃/小时的速率降至室温，然后取出晶体，即可获得Cs

反应式中的原料碳酸铯可以用氧化铯或氯化铯或溴化铯或硝酸铯或草酸铯或氢氧化铯或碳酸氢铯或硫酸铯等其他含铯盐替换，氧化铋可以用氢氧化铋或氯化铋或硝酸铋或硫酸铋等其他含铋盐替换，二氧化硅可用硅酸替换。

实施例3:

按反应式:3Cs

将制备的化合物硅酸铋铯Cs

以0.5-5℃/h的降温速率使溶液缓慢降温，获得硅酸铋铯晶粒；

晶体生长：将自发结晶得到的Cs

再以0.5-3℃/天的速率降温，籽晶杆转速为10-40rpm，生长结束后，将晶体提脱液面以上1cm，以10-50℃/小时的速率降至室温，然后取出晶体，即可获得Cs

反应式中的原料碳酸铯可以用氧化铯或氯化铯或溴化铯或硝酸铯或草酸铯或氢氧化铯或碳酸氢铯或硫酸铯等其他含铯盐替换，氧化铋可以用氢氧化铋或氯化铋或硝酸铋或硫酸铋等其他含铋盐替换，二氧化硅可用硅酸替换。

实施例4:

按反应式:6CsF+3Bi

将制备的化合物硅酸铋铯Cs

以0.5-5℃/h的降温速率使溶液缓慢降温，获得硅酸铋铯晶粒；

晶体生长：将自发结晶得到的Cs

再以0.5-3℃/天的速率降温，籽晶杆转速为10-40rpm，生长结束后，将晶体提脱液面以上1cm，以10-50℃/小时的速率降至室温，然后取出晶体，即可获得Cs

反应式中的原料碳酸铯可以用氧化铯或氯化铯或溴化铯或硝酸铯或草酸铯或氢氧化铯或碳酸氢铯或硫酸铯等其他含铯盐替换，氧化铋可以用氢氧化铋或氯化铋或硝酸铋或硫酸铋等其他含铋盐替换，二氧化硅可用硅酸替换。

实施例5:

按反应式:3Cs

将制备的化合物硅酸铋铯Cs

以0.5-5℃/h的降温速率使溶液缓慢降温，获得硅酸铋铯晶粒；

晶体生长：将自发结晶得到的Cs

再以0.5-3℃/天的速率降温，籽晶杆转速为10-40rpm，生长结束后，将晶体提脱液面以上1cm，以10-50℃/小时的速率降至室温，然后取出晶体，即可获得Cs

反应式中的原料碳酸铯可以用氧化铯或氯化铯或溴化铯或硝酸铯或草酸铯或氢氧化铯或碳酸氢铯或硫酸铯等其他含铯盐替换，氧化铋可以用氢氧化铋或氯化铋或硝酸铋或硫酸铋等其他含铋盐替换，二氧化硅可用硅酸替换。

实施例6

采用上述方法获得的Cs

将上述实施例1-6所得Cs

依照附图5所示将所得晶体固定于3位置，在室温下，采用调Q Nd:YAG激光器发射的波长为1064nm的红外光束2射入Cs