化合物硼酸鈣和硼酸鈣光學(xué)晶體及制備方法和用圖
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及化學(xué)式為化2B2〇e的化合物測酸巧和測酸巧光學(xué)晶體及制備方法和利 用該晶體制作的光學(xué)器件。
【背景技術(shù)】
[0002] 雙折射現(xiàn)象是光在各向異性介質(zhì)中傳播時表現(xiàn)出來的重要特征之一。光在光性非 均勻介質(zhì)體中傳播時，除光軸方向外，會改變其振動特點，分解為兩個電場矢量振動方向相 互垂直、傳播速度不同、折射率不同的兩束偏振光，該種現(xiàn)象稱為雙折射，該樣的晶體稱為 雙折射晶體。兩束光中，遵從折射定律的一束光稱為尋常光，其折射率用n。表示，不遵從折 射定律的一束光稱為非常光，其折射率用n。表示。晶體的雙折射是電光功能材料重要的光 學(xué)性能參數(shù)，雙折射晶體用途廣泛，主要應(yīng)用于光通訊中的纖維光學(xué)隔離器、環(huán)形器、偏振 光學(xué)、光束的位移和格蘭棱鏡等領(lǐng)域。
[000引常用的雙折射材料主要有方解石、Ti02、LiNb03、YV04、a -BaB204W及MgFs等晶體。 方解石晶體主要W天然形式存在，人工合成比較困難，yv04晶體具有較大的雙折射與離散 角，優(yōu)良的溫度穩(wěn)定折射率性和機(jī)械性能，而且可W用提拉法生長出大尺寸高光學(xué)品質(zhì)的 晶體。Ti化晶體雖然雙折射最大，但硬度大，加工器件難度也較大。LiNb化雖然有與YV04相 似的機(jī)械和物理性能，晶體生長技術(shù)也較成熟，其雙折射率比YV04小3倍，使得所需晶體的 尺寸更大。YV化是目前雙折射晶體中最優(yōu)良的材料，但是它的透過范圍為400-5000nm，不 能用于紫外區(qū)。a-BaB204由于存在固態(tài)相變，很容易在晶體生長過程中開裂。MgFs晶體的 透過范圍是110-8500nm，它是一種應(yīng)用于深紫外很好的材料，但是它的雙折射率太小。本發(fā) 明提供的CasBsOg雙折射晶體的透過范圍寬（180-3000nm)，并且雙折射率適中，且可用于紫 夕K深紫外波段（180-350nm)。
[0004] 通過檢索，1993年Ji等人報道了CasBsOe晶體，其屬于單斜晶系，空間群為P2i/c， 晶胞參數(shù)為a=7. 234(3)A，b=5. 181(1)A，c=ll. 524(3)A，目=92. 94(3)。，V=431. 41(10)A] ，Z=4 Liang,andS.Xie, 1993，ActaCrystallographica,C49, 78-79)。1999 年 Lin等人又對該晶體進(jìn)一步報道，晶胞參數(shù)與1993年報道的相差不大，為a=7. 212 (2)A，b=5. 177(1)A，c=11.498(3)A,目=92. 11(2)。，V=428. 6(4)A3，Z=4(ALin，W.Cheng，J.Chen andJ.Huang, 1999，ActaCrystallographica,C55, 4-6)。最近，日本報道了化-B-0 體系的 兩個新的天然化合物，分別是Ca2Bi.g2〇4.,e(OH)u.24的兩個相，一個相的空間群為P2i/c，晶胞 參數(shù)為a=3. 5485 (12)A:b=6. 352 (2)A，c=19. 254 化）A，目=92. 393 (13)。，V=433. 6 (3)A3 。另一個相的空間群為P2i2A，，晶胞參數(shù)為a=3. 55645做A，b=6. 35194 (15)A， c=19. 25：34 巧）A,V=4：34. 941(18)A]。（K.KobayashiandY.Takechi'Mineralogical Magazine, 2013, 77, 93-105)。通過比較表明：本發(fā)明所述的化合物測酸巧是CasBsOe的 一個新相，屬于單斜晶系，空間群為P2i/c，晶胞參數(shù)為a=3. 5582(5)A，b=6. 3503(8)A， c=19. 299(3)A，目=92. 386°，V=435. 70(10)A\Z=4。至今尚未見到有該化合物的合成和 晶體生長的報道，更沒有晶體雙折射性能及用于光學(xué)器件的報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明目的在于提供一種化合物測酸巧和測酸巧光學(xué)晶體及制備方法和用途，該 化合物的化學(xué)式均為Ca2B2〇5。
[0006] 本發(fā)明的另一個目的在于提供化合物測酸巧光學(xué)晶體，該晶體的化學(xué)式為 CasBsOs，晶體屬單斜晶系，空間群P2i/c，晶胞參數(shù)為a=3. 5582巧）A，b=6. 3503巧）A， c=19. 299(3)A，目=92. 386°，V=435. 70(10)身3。
[0007] 本發(fā)明的又一個目的在于所述化合物測酸巧光學(xué)晶體的生長方法。
[0008] 本發(fā)明的再一個目的在于提供化合物測酸巧光學(xué)晶體的用途，該晶體適于制作光 通信元件，如光隔離器，環(huán)形器，光束位移器，光學(xué)起偏器和光學(xué)調(diào)制器等，特別適用于制作 各種用途的偏光棱鏡，相位延遲器件和電光調(diào)制器件。
[0009] 本發(fā)明所述的一種化合物測酸巧，該化合物的化學(xué)式為CasBsOg，分子量為 181. 78,空間群為P2i/c，晶胞參數(shù)為a=3. 5582 (5)A，b=6. 3503 做A，c=19. 299 (3)A， 目=92. 386°，V=435. 70(10)A\Z=4,采用固相反應(yīng)法合成化合物。
[0010] 一種化合物測酸巧光學(xué)晶體，該晶體的化學(xué)式為CasBsOg，屬于單斜晶系，空間 群為P2i/c，晶胞參數(shù)為a=3. 5582(5)A，b=6. 3503(8)A，c=19. 299(3)A，目=92. 386。，V=435. 70(10) Z=4。
[0011] 所述化合物測酸巧光學(xué)晶體的制備方法，采用助烙劑法生長晶體，具體操作步驟 按下列進(jìn)行：
[0012] a、將含巧和含測化合物與助烙劑為含裡和含鉛化合物或含鉛化合物放入研鉢中 混合研磨，裝入笛金巧巧中，加熱至溫度78(TC-85(TC，恒溫20-100小時，得到混合烙液；
[0013]b、將步驟a得到的混合烙液W溫度l〇°CA的速率降溫至655-685°C，再W溫度 3CA的速率緩慢降溫至室溫，結(jié)晶獲得巧晶；
[0014]C、在化合物烙體表面或烙體中生長晶體；將步驟a得到的混合烙液W溫度l〇°C/ h的速率降溫至655-685C，再將步驟b巧晶固定在巧晶桿上，從頂部下巧晶與混合烙液表 面接觸或?qū)⑶删U伸入到混合烙液中，W10-4化/min的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)巧晶，W溫度0. 2-2. 5C/ h的速率降溫條件下生長晶體；
[0015]t待單晶生長到所需尺度后，Wl-15mm/h的速度向上提拉晶體，使晶體脫離烙液 液面，W溫度10-25CA的速率降至室溫，然后緩慢地將巧晶桿從爐膛中取出，即可得到測 酸巧光學(xué)晶體。
[0016] 步驟a中所述的含巧化合物為氧化巧、氨氧化巧、碳酸巧、硝酸巧、己酸巧或草酸 巧；所述的含測化合物為測酸或氧化測。
[0017] 步驟a中所述助烙劑含裡化合物為氣化裡、氧化裡或偏測酸裡；含鉛化合物為氣 化鉛或氧化鉛。
[001引步驟a中含巧和含測化合物的摩爾比為1:1。
[0019] 步驟a中含巧和含測化合物與助烙劑為含裡、含鉛化合物的摩爾比為巧：測：裡： 鉛=1-4:7:2:6-9。
[0020] 所述的化合物測酸巧光學(xué)晶體在制備格洛匈棱鏡、蘭型棱鏡、渥拉斯頓棱鏡、或光 束分離偏振器的用途。
[002。 所述化合物測酸巧晶體透過范圍是180-3000皿，雙折射率適中；晶體易于生長、 切割、拋光和保存，在空氣中穩(wěn)定，不易潮解，不溶于水。
[0022] 本發(fā)明提供的化合物測酸巧CasBsOs光學(xué)晶體的透過范圍寬180-3000nm，雙折射 率適中，且可用于紫外/深紫外波段180-350nm，晶體易于切割、拋光和保存，在空氣中穩(wěn) 定，不易潮解，不溶于水，可用于制作格蘭型棱鏡、渥拉斯頓棱鏡、洛匈棱鏡或光束分離偏振 器等偏振分束棱鏡，在光學(xué)和通訊領(lǐng)域有重要應(yīng)用。
[0023] 本發(fā)明所述化合物含巧和含測，助溶劑含裡和含鉛的純度均為99%。
[0024] 本發(fā)明所述的化合物測酸巧反應(yīng)原料依下述化學(xué)方式程發(fā)生固相反應(yīng)制得：
[00巧]2〔過0+2馬8〇3 一Ca^B^O日+3馬0t
【附圖說明】
[002引圖1為本發(fā)明CasBsOs粉末的X-射線衍射圖；
[0027]圖2為本發(fā)明模形雙折射晶體偏振分束器示意圖；
[0028] 圖3為本發(fā)明光隔離器示意圖；
[0029] 圖4為本發(fā)明光束位移器7]^意圖，其中1為入射光，2為0光，3為e光，4為光軸， 5為CasBsOs晶體，6為透光方向，7為光軸面。
【具體實施方式】
[0030] 實施例1
[0031]按化學(xué)反應(yīng)式 2CaO+2H3B〇3 -Ca2B2〇5+3H2(H合成CasBsOs化合物；
[0032] 采用固相反應(yīng)法合成，將CaO和電8化W摩爾比1:1的放入研鉢中，混合并充分研 磨，然后裝入〇 300mmX300mm的剛玉巧巧中，將其壓緊，放入馬弗爐中，緩慢升溫至50(TC， 恒溫24小時，待冷卻至室溫后取出巧巧，此時樣品較硬，將樣品取出研磨均勻，再置于巧巧 中，在65(TC下，恒溫24小時，將樣品取出再次研磨均勻，置于巧巧中，在馬弗爐內(nèi)于85(TC 恒溫30小時，然后取出將樣品重新研磨均勻，再置于巧巧中，緩慢升溫至llOCrC，恒溫70 小時，待冷卻至室溫后取出巧巧，此時樣品明顯收縮，放入研鉢中搗碎研磨即得測酸巧化合 物，對該產(chǎn)物進(jìn)行X射線分析，所得X射線譜圖與Ca2B2〇g單晶所得的X射線譜圖是一致的。 [003引 實施例2
[0034] 助烙劑法生長CasBsOs晶體：
[OOW]a、按摩爾比化0:B2〇3:LiF:PbO=l:3. 5:2:9放入研鉢中混合研磨，裝入 〇 50mmX40mm笛金巧巧中，加熱至溫度78(TC，恒溫30小時，得到混合烙液；
[0036]b、將步驟a得到的混合烙液W溫度l〇°CA的速率降溫至68(TC，再W溫度：TCA的速率緩慢降溫至室溫，結(jié)晶獲得巧晶；
[0037]C、在化合物烙體表面或烙體中生長晶體；將步驟a得到的混合烙液W溫度l〇°C/ h的速率降溫至66(TC，將步驟b巧晶固定在巧晶桿上，從頂部下巧晶與混合烙液表面接觸， W40r/min的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)巧晶，W溫度0. 5CA的速率降溫條件下生長晶體；
[003引 t待單晶生長到所需尺寸后，WImm/h的速度向上提拉晶體，將巧晶提離液面，W 溫度18CA的速率降至室溫，然后緩慢從爐膛中取出，即可得到30mmX20mmX9mm測酸巧 光學(xué)晶體。
[0039] 實施例3
[0040] 助烙劑法生長Ca2B2〇日晶體：
[00川 a、按摩爾比將CaC03:H3B03:Li20:PbO=2:7:l:8放入研鉢中混合研磨，裝入 060mmX50mm笛金巧巧中，加熱至溫度80(TC，恒溫20小時，得到混合烙液；
[0042] b、將得到的混合烙液W溫度10°CA的速率降溫至67(TC，再W溫