專利名稱：非線性光學(xué)晶體鈮酸鈣的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型光電子功能材料，特別是涉及一種新型的非線性光學(xué)材料。
背景技術(shù)：
在眾多的人工晶體中，鈮酸鹽類晶體占有很重要的地位，幾乎遍布了功能晶體的各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域。如鈮酸鋰單晶是一種優(yōu)質(zhì)的壓電、光電、鐵電晶體材料，具有高的機(jī)電耦合系數(shù)，低的聲傳播特性，廣泛應(yīng)用于激光、聲表面波、全息照相和光貯存技術(shù)領(lǐng)域。鈮酸鉀是二十世紀(jì)60年代末發(fā)現(xiàn)的一種性能優(yōu)異的非線性光學(xué)晶體，它的非線性光學(xué)品質(zhì)因數(shù)、電光品質(zhì)因數(shù)在氧化物晶體中名列前茅，在激光頻率轉(zhuǎn)換、電光調(diào)制、光折變信息處理等高科技領(lǐng)域有著重要應(yīng)用價(jià)值。鈮酸鍶鋇晶體則是最重要的一種熱釋電材料、廣泛應(yīng)用于紅外探測(cè)技術(shù)。1996年制備成功的鈮鎂酸鉛-鈦酸鉛和鈮鋅酸鉛-鈦酸鉛鐵電弛豫晶體由于其優(yōu)良的壓電、鐵電性能而令世人注目，廣泛應(yīng)用于電子、激光、超聲、水聲、微聲、紅外、導(dǎo)航、生物等各個(gè)技術(shù)領(lǐng)域。其它的還有鈮酸鉀鋰、鈮酸鉛、鈮酸鋇鈉等等。在非線性光學(xué)應(yīng)用方面，雖然鈮酸鉀的性能非常優(yōu)異，但是由于鈮酸鉀的生長(zhǎng)存在困難，且由于是熔鹽法生長(zhǎng)，存在著周期比較長(zhǎng)的問(wèn)題。鈮酸鋰可以用提拉法進(jìn)行生長(zhǎng)，但由于其光損傷閾值比較低，故很少應(yīng)用于非線性光學(xué)領(lǐng)域，而主要是應(yīng)用于電光調(diào)制、全息照相、光存貯技術(shù)等領(lǐng)域。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于公開(kāi)一種全新的非線性光學(xué)晶體鈮酸鈣，其分子式為Ca2Nb2O7，簡(jiǎn)稱CN。
作為具有非線性光學(xué)應(yīng)用的晶體材料，Ca2Nb2O7晶體具有比較理想的結(jié)構(gòu)，其空間群為P21(C22)，屬極性點(diǎn)群。為此我們選擇鈮酸鈣作為我們的研究對(duì)象，研究其非線性光學(xué)方面的應(yīng)用。
CN是通過(guò)下列固相反應(yīng)合成的
具體合成工藝見(jiàn)實(shí)施例1。
在用固相反應(yīng)合成出CN多晶粉末以后，經(jīng)過(guò)粉末倍頻效應(yīng)測(cè)量，其倍頻系數(shù)約為KDP的5.2倍，由此確認(rèn)此化合物具有倍頻效應(yīng)，即非線性效應(yīng)。所謂晶體的非線性光學(xué)效應(yīng)是指這樣一種效應(yīng)當(dāng)一束具有某種偏振方向的激光按一定入射方向通過(guò)一塊非線性光學(xué)晶體如CN時(shí)，該光束的頻率將發(fā)生變化。
我們選擇提拉法進(jìn)行晶體生長(zhǎng)，采用化學(xué)計(jì)量比進(jìn)行配料，用銥金坩堝作為生長(zhǎng)容器，用中頻感應(yīng)電源加熱，并用宇光708P型控溫儀控溫，把原料置于提拉爐內(nèi)，升溫到1600℃讓原料熔化，恒溫約半個(gè)小時(shí)，首先用鉑金絲作籽晶進(jìn)行提拉生長(zhǎng)，用得到的晶體切籽晶，再進(jìn)行第二次生長(zhǎng)，即可得到質(zhì)量比較好的單晶體，生長(zhǎng)晶體的條件為提拉速度為0.5～2毫米/小時(shí)，轉(zhuǎn)速為5～20轉(zhuǎn)/分鐘，生長(zhǎng)氣氛為氮?dú)饣蛘邭鍤獾榷栊詺怏w氣氛。目前已成功生長(zhǎng)出CN單晶，其尺寸約為φ25×40mm。通過(guò)單晶結(jié)構(gòu)測(cè)定，這種化合物空間群為P21(C22)，單胞參數(shù)為a＝7.700，b＝5.500，c＝13.373，β＝98.43°，Z＝4，單胞體積V＝560.283。CN為層狀結(jié)構(gòu)，由Nb-O八面體構(gòu)成的鈣鈦礦型結(jié)構(gòu)層沿(001)面網(wǎng)堆垛而成，層與層之間充填著Ca2+。
CN單晶可用于對(duì)λ＝1064nm的基波光產(chǎn)生二倍頻的諧波發(fā)生器件；用于從近中紅外到可見(jiàn)光區(qū)的光參量和光放大器件；用于從近中紅外到可見(jiàn)光區(qū)的光波導(dǎo)器件。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1關(guān)于CB合成我們采用固相方法在高溫1050℃下燒結(jié)而成，其化學(xué)反應(yīng)方程式如下
所用的化學(xué)試劑及生產(chǎn)廠家如下CaCO3分析純99％上海泗聯(lián)化工廠Nb2O5分析純99.99％ 中國(guó)醫(yī)藥集團(tuán)上?；瘜W(xué)試劑公司這兩種試劑的投料量如下CaCO3100.09克Nb2O5132.905克具體步驟是按上述劑量分別稱取試劑，將它們放入研缽中混合并仔細(xì)研磨，用φ45×40mm的有機(jī)玻璃模具在壓片機(jī)上壓成φ45×30mm的藥片，然后把藥片裝入φ60×60mm的銥金坩堝中，放入馬弗爐中用10個(gè)小時(shí)升溫至1050℃，恒溫10個(gè)小時(shí)后再用6個(gè)小時(shí)降溫到室溫取出坩堝，然后再把樣品取出重新研磨均勻，重復(fù)上述步驟一次，即可得到提拉生長(zhǎng)CN晶體用的原料。對(duì)原料進(jìn)行X射線粉末衍射分析，所得到的圖譜與CN單晶的X射線粉末衍射圖譜是一樣的。
實(shí)施例2關(guān)于CN單晶生長(zhǎng)采用提拉法，用中頻感應(yīng)加熱爐，用宇光708P控溫儀進(jìn)行控溫。具體操作步驟是把盛有原料的銥金坩堝置于提拉爐內(nèi)，升溫到1600℃讓原料熔化，恒溫約半個(gè)小時(shí)，首先用銥金絲作籽晶進(jìn)行提拉生長(zhǎng)，用得到的晶體切籽晶，再進(jìn)行第二次生長(zhǎng)，即可得到質(zhì)量比較好的單晶體，生長(zhǎng)晶體的條件為提拉速度為1毫米/小時(shí)，轉(zhuǎn)速為10轉(zhuǎn)/分鐘，生長(zhǎng)氣氛為氮?dú)鈿夥?。采用這種方法可得到φ25×30mm的CN單晶體。
權(quán)利要求
1.一種非線性光學(xué)晶體鈮酸鈣，其特征在于它的分子式為Ca2Nb2O7，空間群為P21(C22)，單胞參數(shù)為a＝7.700，b＝5.500，c＝13.373，β＝98.43°，Z＝4，單胞體積V＝560.283。
2.一種權(quán)利要求1的非線性光學(xué)晶體鈮酸鈣的制備方法，其特征在于用提拉法生長(zhǎng)單晶，熔體按照分子式的化學(xué)計(jì)量比進(jìn)行配制；晶體生長(zhǎng)的參數(shù)是生長(zhǎng)溫度為1600℃，提拉速度為0.5～2毫米/小時(shí)，轉(zhuǎn)速為5～20轉(zhuǎn)/分鐘，生長(zhǎng)氣氛為惰性氣體氣氛。
3.如權(quán)利要求2所述的非線性光學(xué)晶體鈮酸鈣的制備方法，其特征在于所述的惰性氣體是氮?dú)饣蛘邭鍤狻?br>
4.一種權(quán)利要求1的非線性光學(xué)晶體鈮酸鈣的用途，其特征在于該晶體用于對(duì)λ＝1064nm的基波光產(chǎn)生二倍頻的諧波發(fā)生器件。
5.如權(quán)利要求4所述的非線性光學(xué)晶體鈮酸鈣的用途，其特征在于該晶體用于從近中紅外到可見(jiàn)光區(qū)的光參量和光放大器件。
6.如權(quán)利要求4或5所述的非線性光學(xué)晶體鈮酸鈣的用途，其特征在于該晶體用于從近中紅外到可見(jiàn)光區(qū)的光波導(dǎo)器件。
全文摘要
一種非線性光學(xué)晶體鈮酸鈣，涉及一種新型光電子功能材料。其分子式為Ca
文檔編號(hào)C30B15/00GK1847470SQ20051006544
公開(kāi)日2006年10月18日 申請(qǐng)日期2005年4月5日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月5日
發(fā)明者龍西法, 韓秀梅 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所