本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種新型二階非線性光學(xué)晶體材料，其分子式為HgBrI，晶體空間群為Cmc21，a=4.673(2)?,b=7.130(3)?,c=13.314(6)?,α=900，β=900，γ=900，Z=4。該材料的突出特點是：有很強的可相位匹配的二階非線性光學(xué)效應(yīng)；在可見光區(qū)和紅外光區(qū)有很大的透光窗口；具有良好的熱穩(wěn)定性。該晶體材料能廣泛應(yīng)用于光學(xué)等領(lǐng)域。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及溴碘化汞晶體作為紅外波段二階非線性光學(xué)材料的用途，屬于無機化學(xué)領(lǐng)域，也屬于材料科學(xué)領(lǐng)域和光學(xué)領(lǐng)域。
技術(shù)介紹
非線性光學(xué)效應(yīng)起源于激光與介質(zhì)的相互作用。當激光在具有非零二階極化率的介質(zhì)中傳播時，會產(chǎn)生倍頻、和頻、差頻、參量放大等非線性光學(xué)效應(yīng)。利用晶體的二階非線性光學(xué)效應(yīng)，可以制成二次諧波發(fā)生器、頻率轉(zhuǎn)換器、光學(xué)參量振蕩器等非線性光學(xué)器件，在許多領(lǐng)域，如激光技術(shù)、國防方面，都有著重要的應(yīng)用價值。無機非線性光學(xué)材料在二階非線性光學(xué)材料的實用化研究中居主導(dǎo)地位。依據(jù)透光波段和適用范圍來劃分，無機非線性光學(xué)晶體材料可分為紫外光區(qū)非線性光學(xué)晶體材料、可見光區(qū)非線性光學(xué)晶體材料以及紅外非線性光學(xué)晶體材料。現(xiàn)有的性能優(yōu)良的無機非線性光學(xué)晶體材料如:BB0 ( ￠-偏硼酸鋇)、LB0 (硼酸鋰)、KDP (磷酸二氫鉀)、KTP (磷酸鈦氧鉀)、LN (鈮酸鋰)等，大多適用于紫外、可見光和近紅外波段的范圍。而對于紅外非線性光學(xué)晶體材料，離實用還有差距。原因在于現(xiàn)有的紅外非線性光學(xué)晶體材料，如AgGaS2、AgGaSe2和ZnGeP2等晶體，雖然具有很大的二階非線性光學(xué)系數(shù)，在紅外光區(qū)也有很寬的透過范圍，但合成條件苛刻，不容易生長光學(xué)質(zhì)量高的大單晶，特別是損傷閾值較低，因而不能滿足非線性光學(xué)晶體材料的實用化要求。而實現(xiàn)紅外激光的頻率轉(zhuǎn)換又在國民經(jīng)濟、國防軍事等領(lǐng)域有著重要的價值，如實現(xiàn)連續(xù)可調(diào)的分子光譜，拓寬激光輻射波長的范圍，開辟新的激光光源等。因而紅外無機非線性光學(xué)材料的研究已成為當前非線性光學(xué)材料研究領(lǐng)域的一個重要課題。 目前，紅外無機非線性光學(xué)材料的研究主要從兩個方面展開，一是通過晶體生長技術(shù)，從已知的非線性光學(xué)晶體材料中生長更加完美、更加符合應(yīng)用要求的晶體；二是尋找新的非線性光學(xué)晶體材料，這包括合成新的化合物或從已知化合物中尋找具有良好非線性光學(xué)性質(zhì)的材料。
技術(shù)實現(xiàn)思路
:本專利技術(shù)所要解決的問題是提供溴碘化汞晶體作為紅外波段二階非線性光學(xué)材料的用途。溴碘化汞晶體作為紅外波段二階非線性光學(xué)材料，透光波段較寬，二階非線性光學(xué)系數(shù)較大，能夠?qū)崿F(xiàn)相位匹配，容易制備且穩(wěn)定性較好的新型無機紅外非線性光學(xué)晶體材料及其制備方法和用途。所述溴碘化汞晶體，其分子式為HgBrI，晶體空間群為6Jbc21，a=4.673(2) A,b=7.130(3) A, c=13.314(6) A, a =90°, ￠=900, y =90°, Z=40該物質(zhì)早在100年前就有文獻報道，但從未有文獻介紹它的非線性光學(xué)性能。本專利技術(shù)首次發(fā)現(xiàn)，上述無機晶體作為紅外非線性光學(xué)材料，粉末倍頻效應(yīng)為1.4X KTP (磷酸鈦氧鉀)，且能實現(xiàn)相位匹配；光學(xué)透過范圍是0.46 40微米。上述溴碘化汞晶體的制備方法，將HgBr2和I2按摩爾比2: I加入到適量的丙酮溶液中，在常溫下攪拌成為澄清透明的溶液，繼續(xù)攪拌半小時；反應(yīng)結(jié)束后，通過室溫下緩慢揮發(fā)法或緩慢降溫方法，得到黃色透明的晶體。本專利技術(shù)所公開的無機非線性光學(xué)材料HgBrI，在紅外區(qū)有很寬的透過窗口，透光范圍達到40微米；紫外吸收邊測量值達到0.46微米，計算其帶隙大小約為2.70電子伏特。具有較大的非線性光學(xué)系數(shù)以及較好的綜合性質(zhì)，可作為非線性光學(xué)晶體材料加以應(yīng)用。與
技術(shù)介紹
相比所具有的有益效果: 本專利技術(shù)的作為非線性光學(xué)晶體材料具有以下特點: 1.采用一種新的合成方法制備了該化合物晶體材料，晶體空間群為仏c21，a=4.673(2)A, b=7.130(3) A, c=13.314(6) A, a =90°, ￠=900, y=90°, Z=40 晶胞參數(shù)與文獻報道的相似，但首次提供了 R值。制備方法條件溫和，產(chǎn)品純度高，操作簡單； 2.溴碘化汞晶體具有較大的倍頻效應(yīng)·(SHG)，Kurtz粉末倍頻測試結(jié)果表明其粉末倍頻效應(yīng)為KTP (磷酸鈦氧鉀)的1.4倍； 3.溴碘化汞晶體在可見光區(qū)和紅外光區(qū)有很寬的透過范圍，完全透過波段為0.46 40微米。附圖說明圖1為本專利技術(shù)HgBrI晶體的晶胞圖。圖2為本專利技術(shù)HgBrI晶體在be面的晶胞圖堆積圖。圖3為本專利技術(shù)HgBrI粉末的紫外一可見吸收光譜。圖4為本專利技術(shù)HgBrI粉末的傅立葉變換衰減全反射紅外光譜。圖5為本專利技術(shù)HgBrI粉末的拉曼光譜。圖6為本專利技術(shù)HgBrI粉末的熱失重圖譜。圖7為本專利技術(shù)HgBrI粉末的倍頻效應(yīng)相位匹配圖譜。具體實施例方式以下結(jié)合具體的實施例子對本專利技術(shù)的技術(shù)方案作進一步的說明: 實施例1:HgBrI的制備: 將0.7208 g (2 mmol) HgBr2和0.2538 g (I mmol) I2加入到適量的丙酮溶液中，在常溫下，攪拌，至成為澄清透明的溶液，繼續(xù)反應(yīng)半小時，反應(yīng)結(jié)束后，自然冷卻。通過室溫下緩慢揮發(fā)法或緩慢降溫方法，得到黃色透明的晶體，經(jīng)單晶X-射線衍射測試，確認為已知化合物HgBrI,即為所需晶體材料。實施例2 =HgBrI的粉末倍頻效應(yīng): 材料的倍頻性能通過Kurtz — Perry粉末倍頻測試方法獲得。具體操作步驟如下: 將實施例1所得的晶體材料研磨成約80 100微米粒徑的粉末，然后裝在兩面有玻璃窗的樣品池內(nèi)，之后將樣品池置于激光光路上，使用Nd: YAG脈沖激光器為光源產(chǎn)生波長為1064納米的基頻光射入樣品池，以約80 100微米粒徑的KTP單晶粉末作為標樣，信號經(jīng)光電倍增管顯示于示波器上。實施例3 =HgBrI的倍頻效應(yīng)相位匹配測試: 將實施例1所得的二階非線性光學(xué)晶體材料分別研磨并篩分成不同粒度范圍的粉末(20 40,40 60,60 80,80 100，100 125，125 150 以及 150 200 微米)，然后裝在兩面有玻璃窗的樣品池內(nèi)，之后將樣品池置于激光光路上，使用Nd:YAG脈沖激光器為光源產(chǎn)生波長為1064納米的基頻光射入樣品池，信號經(jīng)光電倍增管顯示于示波器上，測試不同粒徑的倍頻信號強度大小，作圖后分析判斷化合物能否相位匹配。圖1和2分別是HgBrI晶體的晶胞圖和晶胞在be面的堆積圖，HgBrI的結(jié)構(gòu)簡單，由近似于線形的1-Hg-Br單元組成，1-Hg-Br鍵角為179.6 (2) °，I原子與Hg原子形成的Hg — I鍵長為2.568 (4) A，而另一端的Br原子與Hg原子形成的Hg — Br鍵長為2.547(4)A。圖3是粉末材料的紫外一可見光譜，從圖中可以看出，它的紫外吸收邊在0.46微米，計算的帶隙大小為2.70電子伏特。圖4和圖5分別是材料的傅立葉變換衰減全反射紅外光譜和拉曼光譜，從紅外光譜圖中可以看出，材料在4000波數(shù)至700波數(shù)間沒有任何吸收，從拉曼光譜圖中，材料從800波數(shù)直到250波數(shù)也未見吸收峰，這說明材料在4000波數(shù)至250波數(shù)間都無吸收，因此材料的紅外吸收邊達250波數(shù)，換算成波長則為40微米。綜合紫外一可見光譜、 紅外光譜和拉曼光譜的結(jié)果，可以推知材料的具有很寬的透光范圍，其透光范圍為0.46微米至40微米。材料的熱分析以及粉末倍頻相位匹配的測試結(jié)果，見圖6和圖7，從圖6可以看到，材料在200攝氏度以后才開始失重，具有良好的熱穩(wěn)定性，從圖7可以看到，材料是可以相位匹配的。本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
溴碘化汞晶體作為紅外波段二階非線性光學(xué)材料的用途，?所述溴碘化汞晶體，其分子式為HgBrI，晶體空間群為Cmc21，a=4.673(2)??,?b=7.130(3)??,?c=13.314(6)??,?α=900，β=900，γ=900，Z=4。
【技術(shù)特征摘要】
1.溴碘化汞晶體作為紅外波段二階非線性光學(xué)材料的用途，所述溴碘化汞晶體，其分子式為 HgBrI，晶體空間群為 6J c21，a=4.673(2) A, b=7.130(3) A, c=13.314(6) A,a =90°, 3 =90°, y =...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：吳奇，秦金貴，
申請(專利權(quán))人：武漢大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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