專利名稱：一種非線性光學(xué)晶體及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光學(xué)晶體，尤其是涉及一種非線性光學(xué)晶體及其制備方法。
背景技術(shù)：
非線性光學(xué)晶體材料作為光電子產(chǎn)業(yè)中極為重要的電子信息材料，它通過倍頻、和頻、差頻、混頻和光學(xué)參量振蕩等非線性光學(xué)過程來改變激光的波長，獲得不同波長范圍的激光光源，并能實現(xiàn)多種形式的激光信號處理，從而被廣泛應(yīng)用在新興激光與光電子技術(shù)領(lǐng)域，如光纖通信、光存儲、激光加工、激光醫(yī)療、激光武器、激光核聚變等技術(shù)領(lǐng)域。在實際的應(yīng)用中，人們要求非線性光學(xué)晶體應(yīng)具有盡可能高的激光倍頻效率，容易實現(xiàn)相位匹配，并具有較高的激光損傷閾值和穩(wěn)定的物理化學(xué)性能。
在非線性光學(xué)晶體中，最先獲得實用的是無機非線性光學(xué)晶體，如低溫相偏硼酸鋇(b-BBO)、三硼酸鋰(LBO)、磷酸鈦氧鉀(KTP)、磷酸二氫鉀(KDP)、鈮酸鋰(LN)等。但無機非線性光學(xué)晶體種類較少，難于滿足多種不同應(yīng)用的特殊需要。近二十年來，有機非線性光學(xué)晶體的研究也引起了人們的廣泛關(guān)注，并取得了很大發(fā)展，但其激光損傷閾值普遍較低，很多晶體在倍頻波段有吸收，使得非線性光學(xué)效應(yīng)降低，甚至完全消失。所以至今有機非線性光學(xué)晶體還無法進(jìn)入實用階段。
配位化學(xué)的迅猛發(fā)展為新型功能材料的設(shè)計和開發(fā)提供了嶄新的思路，并極大地推動了材料科學(xué)的發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)現(xiàn)狀而提供一種非線性光學(xué)倍頻效應(yīng)強，適于實用的非線性光學(xué)晶體及其制備方法。
本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為一種非線性光學(xué)晶體，它是一種丁二酸鋅晶體，屬于單斜晶系，它的分子式為Zn(C4H4O4)，空間群為C2，晶胞參數(shù)為a＝7.585，b＝5.984，c＝6.253，α＝γ＝90°，β＝108.45°，晶胞體積為V＝269.13，Z＝2。
一種非線性光學(xué)晶體的制備方法，其特征在于它包括以下步驟①在室溫下按摩爾比1∶1稱量好ZnCl2、Na2CO3，分別溶于二次蒸餾水中，各自配成溶液；②把Na2CO3溶液滴加到ZnCl2溶液中，經(jīng)沉淀、分離、洗滌，得到ZnCO3；③按摩爾比1∶1將配制好的丁二酸(C4H6O4)溶液滴加到ZnCO3中，反應(yīng)得到丁二酸鋅[Zn(C4H4O4)]溶液；④采用低溫水溶液法生長晶體，將丁二酸鋅[Zn(C4H4O4)]溶液置于生長缸中，在高于飽和點溫度2℃以上放入丁二酸鋅籽晶，再降至飽和點的溫度，恒溫24小時；⑤設(shè)定生長的起始溫度在40-50℃，降溫速率為0.2-0.5℃/天，晶體轉(zhuǎn)速為10-15轉(zhuǎn)/分鐘，轉(zhuǎn)動周期為30分鐘正轉(zhuǎn)--10分鐘停轉(zhuǎn)--30分鐘反轉(zhuǎn)--10分鐘停轉(zhuǎn)，生長得到丁二酸鋅晶體。為了提高晶體生長溫場的穩(wěn)定性，晶體的生長最好使用水浴雙層生長缸，外層生長缸和內(nèi)層生長缸之間盛滿蒸餾水。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于借助金屬-有機配體間的配位鍵合作用，得到非線性光學(xué)晶體材料丁二酸鋅[Zn(C4H4O4)]，用雙信道二次諧波分析儀測定生長出的丁二酸鋅[Zn(C4H4O4)]晶體的倍頻系數(shù)，結(jié)果表明丁二酸鋅晶體的有效倍頻系數(shù)為KDP晶體d36的6.5倍，并且是可以實現(xiàn)相位匹配的；用差熱和熱重方法測定了晶體熱學(xué)性能，結(jié)果表明晶體在500℃時分解，在500℃以下沒有相變。本發(fā)明的丁二酸鋅[Zn(C4H4O4)]晶體可以廣泛應(yīng)用于新興激光與光電子產(chǎn)業(yè)中，如光纖通信、光存儲、激光加工、激光醫(yī)療、激光武器、激光核聚變等技術(shù)領(lǐng)域中用于制造各種光學(xué)元件，通過倍頻、和頻、差頻、混頻和光學(xué)參量振蕩等非線性光學(xué)過程來改變激光的波長，獲得不同波長范圍的激光光源，實現(xiàn)多種形式的激光信號處理。本發(fā)明設(shè)置的生長參數(shù)及周期性的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)的方法，可以使生長出的晶體有很好的光學(xué)均勻性；使用水浴雙層生長缸可以有效提高晶體生長溫場的穩(wěn)定性。


圖1為本發(fā)明生長晶體的水浴雙層生長缸的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明丁二酸鋅[Zn(C4H4O4)]晶體結(jié)構(gòu)；圖3為本發(fā)明丁二酸鋅[Zn(C4H4O4)]晶體差熱和熱重分析圖。
圖1中，1為液封，2為熱電偶，3為加熱器，4為外層生長缸，5為內(nèi)層生長缸，6為攪拌器，7為晶體，8為容納蒸餾水的空間，9為丁二酸鋅[Zn(C4H4O4)]溶液。
具體實施例方式
以下結(jié)合附圖實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
實施例一一種非線性光學(xué)晶體的制備方法，它包括以下步驟①在室溫下按摩爾比1∶1稱量好ZnCl2、Na2CO3，分別溶于二次蒸餾水中，各自配成溶液；②把Na2CO3溶液滴加到ZnCl2溶液中，經(jīng)沉淀、分離、洗滌，得到ZnCO3；③按摩爾比1∶1將配制好的丁二酸(C4H6O4)溶液滴加到ZnCO3中，反應(yīng)得到丁二酸鋅[Zn(C4H4O4)]溶液；④采用低溫水溶液法生長晶體，將丁二酸鋅[Zn(C4H4O4)]溶液置于水浴雙層生長缸的內(nèi)層生長缸中，外層生長缸和內(nèi)層生長缸之間盛滿蒸餾水，在高于飽和點溫度2℃以上放入丁二酸鋅籽晶，再降至飽和點的溫度，恒溫24小時；⑤設(shè)定生長的起始溫度在45℃，降溫速率為0.35℃/天，晶體轉(zhuǎn)速為12轉(zhuǎn)/分鐘，轉(zhuǎn)動周期為30分鐘正轉(zhuǎn)--10分鐘停轉(zhuǎn)--30分鐘反轉(zhuǎn)--10分鐘停轉(zhuǎn)，生長得到丁二酸鋅晶體，它的分子式為Zn(C4H4O4)，屬于非中心對稱結(jié)構(gòu)，將丁二酸鋅晶體在四圓衍射儀上進(jìn)行衍射數(shù)據(jù)的收集，結(jié)構(gòu)分析表明，其屬于單斜晶系，空間群為C2，晶胞參數(shù)為a＝7.585，b＝5.984，c＝6.253，α＝γ＝90°，β＝108.45°，晶胞體積為V＝269.13，Z＝2。用雙信道二次諧波分析儀測定生長出的丁二酸鋅[Zn(C4H4O4)]晶體的倍頻系數(shù)，結(jié)果表明丁二酸鋅晶體的有效倍頻系數(shù)為KDP晶體d36的6.5倍，并且是可以實現(xiàn)相位匹配的。用差熱和熱重方法測定晶體熱學(xué)性能，結(jié)果表明晶體在500℃時分解，在500℃以下沒有相變。
實施例二一種非線性光學(xué)晶體的制備方法，它包括以下步驟①在室溫下按摩爾比1∶1稱量好ZnCl2、Na2CO3，分別溶于二次蒸餾水中，各自配成溶液；②把Na2CO3溶液滴加到ZnCl2溶液中，經(jīng)沉淀、分離、洗滌，得到ZnCO3；③按摩爾比1∶1將配制好的丁二酸(C4H4O4)溶液滴加到ZnCO3中，反應(yīng)得到丁二酸鋅[Zn(C4H4O4)]溶液；④采用低溫水溶液法生長晶體，將丁二酸鋅[Zn(C4H4O4)]溶液置于水浴雙層生長缸的內(nèi)層生長缸中，外層生長缸和內(nèi)層生長缸之間盛滿蒸餾水，在高于飽和點溫度2℃以上放入丁二酸鋅籽晶，再降至飽和點的溫度，恒溫24小時；⑤設(shè)定生長的起始溫度在40℃，降溫速率為0.2℃/天，晶體轉(zhuǎn)速為10轉(zhuǎn)/分鐘，轉(zhuǎn)動周期為30分鐘正轉(zhuǎn)--10分鐘停轉(zhuǎn)--30分鐘反轉(zhuǎn)--10分鐘停轉(zhuǎn)，生長得到丁二酸鋅晶體，它的分子式為Zn(C4H4O4)，屬于非中心對稱結(jié)構(gòu)，將丁二酸鋅晶體在四圓衍射儀上進(jìn)行衍射數(shù)據(jù)的收集，結(jié)構(gòu)分析表明，其屬于單斜晶系，空間群為C2，晶胞參數(shù)為a＝7.585，b＝5.984，c＝6.253，α＝γ＝90°，β＝108.45°，晶胞體積為V＝269.13，Z＝2。用雙信道二次諧波分析儀測定生長出的丁二酸鋅[Zn(C4H4O4)]晶體的倍頻系數(shù)，結(jié)果表明丁二酸鋅晶體的有效倍頻系數(shù)為KDP晶體d36的6.5倍，并且是可以實現(xiàn)相位匹配的。用差熱和熱重方法測定晶體熱學(xué)性能，結(jié)果表明晶體在500℃時分解，在500℃以下沒有相變。
實施例三一種非線性光學(xué)晶體的制備方法，它包括以下步驟①在室溫下按摩爾比1∶1稱量好ZnCl2、Na2CO3，分別溶于二次蒸餾水中，各自配成溶液；②把Na2CO3溶液滴加到ZnCl2溶液中，經(jīng)沉淀、分離、洗滌，得到ZnCO3；③按摩爾比1∶1將配制好的丁二酸(C4H4O4)溶液滴加到ZnCO3中，反應(yīng)得到丁二酸鋅[Zn(C4H4O4)]溶液；④采用低溫水溶液法生長晶體，將丁二酸鋅[Zn(C4H4O4)]溶液置于水浴雙層生長缸的內(nèi)層生長缸中，外層生長缸和內(nèi)層生長缸之間盛滿蒸餾水，在高于飽和點溫度2℃以上放入丁二酸鋅籽晶，再降至飽和點的溫度，恒溫24小時；⑤設(shè)定生長的起始溫度在50℃，降溫速率為0.5℃/天，晶體轉(zhuǎn)速為15轉(zhuǎn)/分鐘，轉(zhuǎn)動周期為30分鐘正轉(zhuǎn)--10分鐘停轉(zhuǎn)--30分鐘反轉(zhuǎn)--10分鐘停轉(zhuǎn)，生長得到丁二酸鋅晶體，它的分子式為Zn(C4H4O4)，屬于非中心對稱結(jié)構(gòu)，將丁二酸鋅晶體在四圓衍射儀上進(jìn)行衍射數(shù)據(jù)的收集，結(jié)構(gòu)分析表明，其屬于單斜晶系，空間群為C2，晶胞參數(shù)為a＝7.585，b＝5.984，c＝6.253，α＝γ＝90°，β＝108.45°，晶胞體積為V＝269.13，Z＝2。用雙信道二次諧波分析儀測定生長出的丁二酸鋅[Zn(C4H4O4)]晶體的倍頻系數(shù)，結(jié)果表明丁二酸鋅晶體的有效倍頻系數(shù)為KDP晶體d36的6.5倍，并且是可以實現(xiàn)相位匹配的。用差熱和熱重方法測定晶體熱學(xué)性能，結(jié)果表明晶體在500℃時分解，在500℃以下沒有相變。上述實施例中，所用的原料純度及廠家如下藥品名 純度 廠家ZnCl299.5％ 上海精化科技研究所Na2CO399.5％ 浙江省蘭溪市化工試劑廠C4H6O499.5％ 上?；瘜W(xué)試劑中心化工廠合成的化學(xué)反應(yīng)如下
權(quán)利要求
1.一種非線性光學(xué)晶體，其特征在于它是一種丁二酸鋅晶體，屬于單斜晶系，它的分子式為Zn(C4H4O4)，空間群為C2，晶胞參數(shù)為a＝7.585，b＝5.984，c＝6.253，α＝γ＝90°，β＝108.45°，晶胞體積為V＝269.13，Z＝2。
2.一種非線性光學(xué)晶體的制備方法，其特征在于它包括以下步驟①在室溫下按摩爾比1∶1稱量好ZnCl2、Na2CO3，分別溶于二次蒸餾水中，各自配成溶液；②把Na2CO3溶液滴加到ZnCl2溶液中，經(jīng)沉淀、分離、洗滌，得到ZnCO3；③按摩爾比1∶1將配制好的丁二酸(C4H6O4)溶液滴加到ZnCO3中，反應(yīng)得到丁二酸鋅[Zn(C4H4O4)]溶液；④采用低溫水溶液法生長晶體，將丁二酸鋅[Zn(C4H4O4)]溶液置于生長缸中，在高于飽和點溫度2℃以上放入丁二酸鋅籽晶，再降至飽和點的溫度，恒溫24小時；⑤設(shè)定生長的起始溫度在40-50℃，降溫速率為0.2-0.5℃/天，晶體轉(zhuǎn)速為10-15轉(zhuǎn)/分鐘，轉(zhuǎn)動周期為30分鐘正轉(zhuǎn)--10分鐘停轉(zhuǎn)--30分鐘反轉(zhuǎn)--10分鐘停轉(zhuǎn)，生長得到丁二酸鋅晶體。
3.如權(quán)利要求2所述的一種非線性光學(xué)晶體的生長方法，其特征在于晶體的生長使用水浴雙層生長缸，外層生長缸和內(nèi)層生長缸之間盛滿蒸餾水。
4.如權(quán)利要求2所述的一種非線性光學(xué)晶體的生長方法，其特征在于晶體生長的起始溫度設(shè)定為45℃，降溫速率為0.35℃/天，晶體轉(zhuǎn)速為12轉(zhuǎn)/分鐘。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種非線性光學(xué)晶體及其制備方法，借助金屬－有機配體間的配位鍵合作用，得到非線性光學(xué)晶體材料丁二酸鋅[Zn(C
文檔編號C30B29/54GK1699640SQ200510049508
公開日2005年11月23日 申請日期2005年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月30日
發(fā)明者鄭岳青, 林建利, 潘建國 申請人:寧波大學(xué)