化合物锡硼氧溴和锡硼氧溴非线性光学晶体及制备方法和用途

• 摘要：

  本发明提供一种化合物锡硼氧溴和锡硼氧溴非线性光学晶体的制备方法和用途,所述化合物的化学式为Sn2B5O9Br,分子量为515.37,采用固相合成法或真空封装法制成;该晶体的化学式为Sn2B5O9Br,分子量为515.37,属于正交晶系,空间群为Pnn2,晶胞参数为a=11.398(4)Å,b=11.446(4)Å,c=6.553(2)Å,单胞体积为854.9(5)Å3,晶体的粉末倍频效应约为KH2PO4(KDP)的2.4倍,紫外截止边约为330 nm.采用熔体法,高温熔液法,真空封装法,水热法或室温溶液法生长晶体,该晶体的化学稳定性好,可作为短波长非线性光学晶体在全固态激光器中获得应用.

• 专利类型：

  发明专利

• 申请/专利号：

  CN202010488132.9

• 申请日期：

  2020.06.02

• 公开/公告号：

  CN111621848A

• 公开/公告日：

  2020-09-04

• 发明人：

  潘世烈 郭靖宇 韩树娟 于浩海

• 申请人：

  中国科学院新疆理化技术研究所

• 主分类号：

  C30B29/10(2006.01),C,C30,C30B,C30B29

• 分类号：

  C30B29/10(2006.01),C30B15/00(2006.01),C30B17/00(2006.01),C30B11/02(2006.01),C30B9/12(2006.01),C30B7/10(2006.01),C30B7/04(2006.01),C30B28/02(2006.01),G02F1/355(2006.01),C,G,C30,G02,C30B,G02F,C30B29,C30B15,C30B17,C30B11,C30B9,C30B7,C30B28,G02F1,C30B29/10,C30B15/00,C30B17/00,C30B11/02,C30B9/12,C30B7/10,C30B7/04,C30B28/02,G02F1/355

• 主权项：

  1.一种化合物锡硼氧溴,其特征在于该化合物的化学式为Sn2B5O9Br,分子量为515.37,采用固相合成法或真空封装法制成. 2.一种如权利要求1所述的化合物锡硼氧溴的制备方法,其特征在于采用固相合成法或真空封装法制备,具体操作按下列步骤进行: 所述固相合成法制备化合物锡硼氧溴: 将含Sn化合物、含B化合物和含Br化合物按摩尔比Sn∶B∶Br＝2∶5∶1均匀混合,装入铂金坩埚,置于马弗炉中,在真空或惰性气氛下,升温至300-500℃,恒温24-120小时,即得到化合物Sn2B5O9Br,其中所述含Sn化合物为SnO、SnBr2或SnB4O7;含B化合物为H3BO3、B2O3或SnB4O7;含Br为化合物SnBr2; 所述真空封装法制备化合物锡硼氧溴: 将含Sn化合物、含B化合物和含Br化合物按摩尔比Sn∶B∶Br＝2∶5∶1混合均匀,装入石英管中,将石英管抽真空,真空度达到1*10−3 Pa,高温密封后置于马弗炉中,以5-10℃/h的速率升温至300-500℃,恒温24-120小时,即得到化合物Sn2B5O9Br,其中所述含Sn化合物为SnO、SnBr2或SnB4O7;含B化合物为H3BO3、B2O3或SnB4O7;含Br为化合物SnBr2. 3.一种锡硼氧溴非线性光学晶体,其特征在于该晶体的化学式为Sn2B5O9Br,分子量为515.37,属于正交晶系,空间群为Pnn2,晶胞参数为a = 11.398(4) Å,b =11.446(4) Å,c =6.553 (2) Å,单胞体积为854.9(5) Å3. 4.一种如权利要求3所述的锡硼氧溴非线性光学晶体的制备方法,其特征在于采用熔体法,高温熔液法,真空封装法,水热法或室温溶液法生长晶体; 所述熔体法生长锡硼氧溴非线性光学晶体的具体操作按下列步骤进行: a、将含Sn化合物、含B化合物和含Br化合物按摩尔比Sn∶B∶Br＝2∶5∶1混合均匀,装入铂金坩埚,置于马弗炉中在真空或惰性气氛下,升温至300-500℃,恒温24-120小时,即得到Sn2B5O9Br多晶粉末,其中所述含Sn化合物为SnO、SnBr2或SnB4O7;含B化合物为H3BO3、B2O3或SnB4O7;含Br为化合物SnBr2; b、将步骤a制备的Sn2B5O9Br多晶粉末装入铂金坩埚,置于马弗炉中,在真空或惰性气氛下,升温至650-750℃,恒温10-120小时,得到混合熔体; c、将步骤b得到的混合熔体以0.2-3℃/h的速率缓慢降至350℃,再以2-5℃/h的速率快速降至室温,得到Sn2B5O9Br籽晶; d、采用提拉法在化合物熔体中生长晶体:将步骤c得到的籽晶固定于籽晶杆上,置于真空或惰性气氛下,从步骤b制得的混合熔体的上方下籽晶,通过晶体生长控制仪施加2-15rpm的晶转,以1-8 mm/天的速度提拉籽晶,同时以0.1-5℃/h的速率降温,待晶体生长停止后,即得到锡硼氧溴Sn2B5O9Br非线性光学晶体; 或采用泡生法在化合物熔体中生长晶体:将步骤c得到的籽晶固定于籽晶杆上,置于真空或惰性气氛下,从步骤b制得的熔体的上方下籽晶,以0.1-10℃/h的速率降温,使晶体生长5-15小时,缓慢提升晶体,但不脱离液面继续生长,如此重复,待晶体生长停止后,即得到锡硼氧溴Sn2B5O9Br非线性光学晶体; 或采用坩埚下降法在化合物熔体中生长晶体:将步骤c制备的籽晶放在坩埚底部,再将步骤a制备的化合物Sn2B5O9Br多晶粉末放入坩埚中,然后将铂金坩埚密封,保持在真空或惰性气氛下,将生长炉温度升至500-700℃,恒温10-120小时,调整坩埚位置使籽晶微熔,然后以1-10 mm/天的速度降低坩埚,保持生长温度不变,或以最快速度3℃/h的降温速率降至400℃,待生长结束后,再以5-10 ℃/h的速率快速降至室温,即得到锡硼氧溴Sn2B5O9Br非线性光学晶体; 所述高温熔液法生长锡硼氧溴非线性光学晶体的具体操作按下列步骤进行: a、将含Sn化合物、含B化合物和含Br化合物按摩尔比Sn∶B∶Br＝2∶5∶1混合均匀,装入铂金坩埚,置于马弗炉中在真空或惰性气氛下,300-500℃,恒温24-120小时,即得到Sn2B5O9Br多晶粉末,其中所述含Sn化合物为SnO、SnBr2或SnB4O7;含B化合物为H3BO3、B2O3或SnB4O7;含Br为化合物SnBr2; b、将步骤a得到的化合物Sn2B5O9Br多晶粉末与助熔剂按摩尔比1∶0.1-6混合均匀,再装入铂金坩埚中,置于真空或惰性气氛下,升温至500-800℃,恒温5-120小时,得到混合熔体;其中所述助熔剂为SnBr2、H3BO3或B2O3; c、制备籽晶:将步骤b得到的混合熔体置于单晶炉中,置于真空或惰性气氛下,以0.1-2℃/h的速率缓慢降至400℃,再以5-10℃/h的速率快速降温至室温,得到Sn2B5O9Br籽晶; d、生长晶体:将步骤c得到的籽晶固定于籽晶杆上,置于真空或惰性气氛下,从步骤b制得的混合熔体的上方下籽晶,通过晶体生长控制仪施加2-20rpm的晶转,以温度0.1-3℃/h的速率降温,待晶体生长停止后,即得到锡硼氧溴Sn2B5O9Br非线性光学晶体; 所述真空封装法生长锡硼氧溴非线性光学晶体的具体操作按下列步骤进行: a、将含Sn化合物、含B化合物和含Br化合物按摩尔比Sn∶B∶Br＝2∶5∶1混合均匀,装入铂金坩埚,置于马弗炉中在真空或惰性气氛下,300-500℃,恒温24-120小时,即得到化合物Sn2B5O9Br多晶粉末,其中所述含Sn化合物为SnO、SnBr2或SnB4O7;含B化合物为H3BO3、B2O3或SnB4O7;含Br为化合物SnBr2; b、将步骤a得到的化合物Sn2B5O9Br多晶粉末与助熔剂按摩尔比0-1∶0.1-6混合均匀,装入石英管中,高温密封后置于马弗炉中,升温至500-800℃,恒温24-120小时,然后以0.1-3℃/h的速率降温至350℃,再以5-10℃/h的速率快速降温至室温,即得到锡硼氧溴Sn2B5O9Br非线性光学晶体,其中所述助熔剂为SnBr2,H3BO3或B2O3; 所述水热法生长锡硼氧溴非线性光学晶体的具体操作按下列步骤进行: a、将含Sn化合物、含B化合物和含Br化合物按摩尔比Sn∶B∶Br＝2∶5∶1混合均匀,装入铂金坩埚,置于马弗炉中,在真空或惰性气氛下,温度300-500℃,恒温24-120小时,即得到化合物Sn2B5O9Br多晶粉末,所述含Sn化合物为SnO、SnBr2或SnB4O7;含B化合物为H3BO3、B2O3或SnB4O7;含Br为化合物SnBr2; b、将步骤a得到的化合物Sn2B5O9Br多晶粉末置入去离子水中溶解,将不完全溶解的混合物在温度60℃超声波处理,使其充分混合溶解,用HBr和NH3·H2O调节pH值为8-11; c、将步骤b得到的混合溶液转入到干净、无污染的体积为100 mL的高压反应釜的内衬中,并将反应釜旋紧密封; d、将高压反应釜放置在恒温箱内,升温至150-350℃,恒温5-8天,再以5-20℃/天的降温速率降至室温,即得到锡硼氧溴Sn2B5O9Br非线性光学晶体; 所述室温溶液法生长锡硼氧溴Sn2B5O9Br非线性光学晶体的具体操作按下列步骤进行: a、将含Sn化合物、含B化合物和含Br化合物按摩尔比Sn∶B∶Br＝2∶5∶1混合均匀,装入铂金坩埚,置于马弗炉中在真空或惰性气氛下,温度300-500℃,恒温24-120小时,即得到化合物Sn2B5O9Br多晶粉末,所述含Sn化合物为SnO、SnBr2或SnB4O7;含B化合物为H3BO3、B2O3或SnB4O7;含Br为化合物SnBr2; b、将步骤a得到的化合物Sn2B5O9Br多晶粉末放入洗干净的玻璃容器中,加入20-100mL去离子水,然后超声波处理使充分混合溶解,用HBr和NH3·H2O调节pH值为8-11,用滤纸过滤得到混合溶液; c、将步骤b得到的混合溶液置于干净的玻璃容器中,用称量纸封口,放在无晃动、无污染、无空气对流的静态环境中,将封口扎若干个小孔用以调节水溶液中水的蒸发速率,在室温下静置5-20天; d、待步骤c中的溶液在容器底部长出晶体颗粒,直至晶体颗粒大小不再明显变化,得到籽晶; e、选择步骤d中质量较好的籽晶,将其悬挂于步骤b制得的混合溶液中,在室温下静置生长10-30天,即得到锡硼氧溴Sn2B5O9Br非线性光学晶体. 5.一种如权利要求3所述的锡硼氧溴非线性光学晶体在制备Nd: YAG激光器所输出的1064nm的基频光进行2倍频的谐波光输出的用途. 6.一种如权利要求3所述的锡硼氧溴非线性光学晶体在制备产生532 nm 的短波长倍频光输出中的用途. 7.一种如权利要求3所述的锡硼氧溴非线性光学晶体在制备倍频发生器、上或下频率转换器或光参量振荡器中的用途.