一水三碘汞鉀晶體在二階非線性光學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及無機化學(xué)領(lǐng)域，尤其涉及一水三碘汞鉀晶體KHgI3 · H20在二階非線性 光學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 利用具有非中心對稱結(jié)構(gòu)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)、信息技術(shù)和 國防軍事等方面，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?，F(xiàn)有的性能優(yōu)良的無機非線性光學(xué)晶體材料如:ΒΒ0(β-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AgGaS 2、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(dāng)前非線性光學(xué)材料研究領(lǐng)域的一個重要課題。
[0003] 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。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的問題是提供一種紅外波段透光波段較寬，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)定性較好的一水三碘汞鉀晶體KHgI 3 · H20在二階非 線性光學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用。
[0005] 本發(fā)明提供的技術(shù)方案是：
[0006] 一水三碘汞鉀晶體KHgI3 · H2〇在二階非線性光學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用。
[0007] 上述方案中，所述一水三碘汞鉀晶體的粉末倍頻效應(yīng)為磷酸二氫鉀的6倍，且能實 現(xiàn)相位匹配;透光范圍包括0.48~2.7微米、2.9~6微米和6.5~100微米三個區(qū)間。
[0008] 上述方案中，所述晶體為正交晶系，空間群為PnaSi，晶體學(xué)參數(shù)如下： Λ = 8.6608 (17) A.辦=.9.3.37.1 (1.8) A，￡? =. 11.48.7_ (2). Α.，α = β= γ = 90.00。，Z = 4 和 F= 928.9 (3) A3。
[0009] 上述方案中，所述一水三碘汞鉀晶體由如下方法制備:將摩爾比為1:1的KI和Hgl2 加入到有機溶劑或者水中，在80°C下攪拌，至成為澄清透明的溶液，繼續(xù)攪拌24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。
[0010]上述方案中，所述有機溶劑包括甲醇、乙醇、丙酮或乙酸乙酯。
[0011]本發(fā)明所公開的無機非線性光學(xué)材料KHgI3 · h2〇,在紅外區(qū)有很寬的透過窗口，透 光范圍達到遠紅外區(qū)的100微米；紫外吸收邊測量值達到0.48微米，計算其帶隙大小約為 2.58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。
[0012] 與【背景技術(shù)】相比所具有的有益效果：
[0013] 本發(fā)明制得的這種無機非線性光學(xué)晶體材料具有以下特點：
[0014] 1.為已知化合物，但未見其用作非線性光學(xué)材料，該晶體為正交晶系，空間群為 PnaSKNo · 33)，晶體學(xué)參數(shù)如下：= 8.838 (3) A，6 = 9.824 (3) A，c = 11.050 〇) Α，α = β =γ =90.00°，Ζ = 4和F二 95<·)_4 (5)
[0015] 2.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 KDP(磷酸二氫鉀）的6倍；
[0016] 3.化合物在可見光區(qū)和紅外光區(qū)有很寬的透過范圍，完全透過波段為0.48~2.7 微米、2.9~6微米和6.5~100微米三個區(qū)間；
[0017] 4.制備方法條件溫和，產(chǎn)品純度高，操作簡單；
[0018] 對空氣穩(wěn)定，不潮解，且熱穩(wěn)定性好，熱分解溫度約等于120攝氏度；
[0019] 5.化合物能夠?qū)崿F(xiàn)相位匹配。
【附圖說明】
[0020] 圖1為本發(fā)明KHgI3 · H20晶體的球棍模型圖；
[0021]圖2為本發(fā)明KHgI3 · H20粉末的紫外-可見吸收光譜；
[0022]圖3為本發(fā)明KHgI3 · H20粉末的傅立葉變換衰減全反射紅外光譜；
[0023]圖4為本發(fā)明KHgI3 · H20粉末的拉曼光譜；
[0024]圖5為本發(fā)明KHgI3 · H20粉末的熱失重圖譜；
[0025]圖6為本發(fā)明KHgI3 · H20粉末的倍頻效應(yīng)相位匹配圖譜。
【具體實施方式】
[0026]以下結(jié)合具體的實施例和附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步的說明：
[0027] 實施例l:KHgI3 · H20的制備：
[0028] 將0 · 1660g( lmmol )KI和0 · 4544g( lmmol )HgI2加入到適量的丙酮溶液中，在80攝氏 度下攪拌，至成為澄清透明的溶液，繼續(xù)反應(yīng)24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即為所需晶體材料。
[0029] 實施例2:KHgI3 · H20的粉末倍頻效應(yīng)：
[0030]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：
[0031]將所得的二階非線性光學(xué)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KDP單晶粉末作為標 樣，信號經(jīng)光電倍增管顯示于示波器上。
[0032]實施例3:KHgI3 · H20的倍頻效應(yīng)相位匹配測試：
[0033]將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 ~150,150 ~200 以及 200 ~300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。
[0034]圖1是KHgI3 · H20晶體的棍棒模型圖，汞和四個碘原子形成畸變的四面體取142_基 團，它們在晶體中的排列方向一致，導(dǎo)致產(chǎn)生宏觀很大的非線性光學(xué)效應(yīng)。圖2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0.48微米，計算的帶隙大小為2.58 電子伏特。圖3和圖4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1600CHT 1和3600CHT1左右時，有明顯的結(jié)晶水的吸收峰，從拉曼光 譜圖中，材料從800波數(shù)直到100波數(shù)也未見吸收峰，這說明材料在800波數(shù)至100波數(shù)間都 無吸收，因此材料的紅外吸收邊達到100波數(shù)，換算成波長則為100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0.48 ~2.7微米、2.9~6微米和6.5~100微米三個區(qū)間。材料的熱分析以及粉末倍頻相位匹配的 測試結(jié)果，見圖5和圖6,從圖5可以看到，材料在120攝氏度以后才開始失重，具有良好的熱 穩(wěn)定性，從圖6可以看到，材料是可以相位匹配的。
【主權(quán)項】
1. 一水三碘汞鉀晶體在二階非線性光學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用。2. 如權(quán)利要求1所述的應(yīng)用，其特征在于，所述一水三碘汞鉀晶體的粉末倍頻效應(yīng)為磷 酸二氫鉀的6倍，且能實現(xiàn)相位匹配;透光范圍包括0.48~2.7微米、2.9~6微米和6.5~100 微米三個區(qū)間。3. 如權(quán)利要求1所述的應(yīng)用，其特征在于，所述晶體為正交晶系，空間群為PnaS1，晶體學(xué) 參數(shù)如下：.〇 := 8.6608 (丨7) A，/，= 9.3371 (18) A，c =丨丨.487 (2) A, α = β= γ =90 · 00。，Z = 4 和 F= 928.9 (3) A 氣4. 如權(quán)利要求1所述的應(yīng)用，其特征在于，所述一水三碘汞鉀晶體由如下方法制備:將 摩爾比為1:1的KI和HgI2加入到有機溶劑或者水中，在80°C下攪拌，至成為澄清透明的溶 液，繼續(xù)攪拌24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。5. 如權(quán)利要求4所述的應(yīng)用，其特征在于，所述有機溶劑包括甲醇、乙醇、丙酮或乙酸乙 酯。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種一水三碘汞鉀晶體KHgI3·H2O在二階非線性光學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用。所述一水三碘汞鉀晶體的粉末倍頻效應(yīng)為磷酸二氫鉀的6倍，且能實現(xiàn)相位匹配；透光范圍包括0.48～2.7微米、2.9～6微米和6.5～100微米三個區(qū)間。本發(fā)明具有操作簡單、實驗條件溫和、產(chǎn)品純度高；可利用簡單的溶劑得到化合物的晶體等優(yōu)點；該晶體材料能應(yīng)用于二階非線性光學(xué)領(lǐng)域。
【IPC分類】G02F1/355, C30B7/14, C30B29/12
【公開號】CN105483826
【申請?zhí)枴緾N201610033691
【發(fā)明人】李艷軍, 李軒科, 丁宇尋, 董志軍, 叢野, 張江, 袁觀明, 崔正威
【申請人】武漢科技大學(xué)
【公開日】2016年4月13日
【申請日】2016年1月19日