硼酸锂双折射晶体的制备方法和用途技术

本发明专利技术涉及一种硼酸锂双折射晶体的制备方法和用途，该晶体化学式为Li

【技术实现步骤摘要】
硼酸锂双折射晶体的制备方法和用途
本专利技术涉及一种硼酸锂双折射晶体的制备方法和用途，特别是一种用于紫外深紫外波段的分子式为Li3BO3的硼酸锂双折射晶体及其制备方法和用途。
技术介绍
双折射现象是光在非均匀的介质晶体中传播时表现出来的重要特性之一，可以用光的横波性质来解释。光在非均质体(如立方系以外的晶体)中传播时，除了个别特殊的方向(沿光轴方向)外，会改变其振动特点，分解为两个电场矢量振动方向互相垂直，传播速度不同，折射率不等的两束偏振光，这种现象称为双折射，这样的晶体称为双折射晶体。两束光中其中一束遵守折射定律的称为o光(ordinaryray、寻常光)，其折射率用no表示，另一束不遵从折射定律的称为e光(extraordinaryray、非常光)，其折射率用ne表示，这两束光都是偏振光。由于晶体材料各向异性，这两束折射光线的夹角大小与光波的传播方向以及偏振状态有关。产生双折射现象的晶体可分为单轴晶体和双轴晶体，称为单轴晶体的材料属于三、四或六方晶系，称为双轴晶体的材料属于三斜、单斜或正交晶系。利用双折射晶体的特性可以得到线偏振光，实现对光束的位移等，从而使得双折射晶体成为制作光隔离器、环形器、光束位移器、光学起偏器和光学调制器等光学元件的关键材料。常用的双折射材料主要有方解石晶体、金红石晶体、LiNbO3晶体、YVO4晶体、α-BaB2O4晶体以及MgF2晶体等。然而方解石晶体主要以天然形式存在，人工合成比较困难，一般尺寸都比较小，杂质含量比较高，无法满足大尺寸光学偏光元件的要求，而且易于解离，加工比较困难，晶体利用率低，普通方解石晶体只能使用于350nm以上波段，紫外光学级方解石晶体获得困难，其使用波段也无法达到深紫外区(<200nm)。金红石也主要以天然形式存在，人工合成比较困难，且尺寸较小，硬度大，难以加工。LiNbO3晶体易于得到大尺寸晶体，但双折射率太小。YVO4是一种性能良好的人工双折射晶体，但是它的透过范围是400-5000nm，不能用于紫外区，而且由于YVO4熔点高，必须使用铱坩埚进行提拉生长，且生长的气氛为弱氧气氛，从而在生长时存在铱元素的变价问题，从而使得晶体的质量下降，不易获得高质量的晶体。α-BaB2O4由于存在固态相变，很容易在晶体生长过程中开裂。MgF2晶体的透过范围是110-8500nm，它是一种应用于深紫外很好的材料，但是它的双折射率太小，不适合用作制造格兰棱镜，只能用于洛匈棱镜，且光速分离角小，器件尺寸大，使用不便。本专利技术提供的Li3BO3双折射晶体的透过范围宽(175-3500nm),并且双折射率大(0.080-0.140)，且可用于紫外深紫外波段(175-350nm)。
技术实现思路
本专利技术的一个目的在于提供硼酸锂双折射晶体的制备方法。该晶体化学式为Li3BO3，分子量为79.63，属于单斜晶系，空间群为P21/c，晶胞参数为c＝8.319(2)β＝101.039(2)°,Z＝4。本专利技术的另一目的在于提供Li3BO3双折射晶体的应用。所述硼酸锂双折射晶体的制备方法，采用助溶剂法生长晶体，具体操作步骤按下进行：a、将含锂化合物Li2O、Li2CO3、LiNO3、Li2C2O4、LiOH或LiCH3COO，含硼化合物H3BO3或B2O3按摩尔比锂:硼＝3:1混合均匀并充分研磨，然后放入刚玉坩埚内，在温度300℃预烧8小时，之后每次升温50℃并在相应的温度保温6-8小时，取出研磨并压实，重复此过程直至温度升到750℃，最后在温度750℃保温120h，得到硼酸锂化合物的纯相，对该产物进行X射线分析，所得X射线谱图与Li3BO3单晶研磨成粉末后的X射线谱图是一致的；b、将硼酸锂化合物中加入助熔剂为氯化锂、氢氧化锂、碳酸锂、氯化钠、氧化硼或硼酸按摩尔比硼酸锂:助熔剂＝1:0.5-4混配，加热温度至600-850℃，恒温5-80小时，得到硼酸锂与助熔剂的混合熔液；c、制备硼酸锂籽晶：将步骤b得到的混合熔液以温度0.1-10℃/h的速率缓慢降至室温，自发结晶获得硼酸锂籽晶；或先将步骤b中加入助熔剂的混合溶液降温至550-710℃，将固定有铂金丝的籽晶杆下至炉膛预热，然后将铂金丝下至混合熔液中，以0-50r/min的速率旋转籽晶杆，再以温度0.1-5℃/d的速率缓慢降温，待聚集在籽晶杆上的晶体长到所需尺寸时，将晶体提离液面，以温度10-50℃/h速率降至室温，获得小晶体作为籽晶；d、将盛有步骤b制得的混合熔液的坩埚置入晶体生长炉中，将步骤c得到的籽晶固定于籽晶杆上，将籽晶从晶体生长炉顶部下入炉膛中，先将籽晶在混合熔液液面上预热1-30分钟，再将籽晶下至混合熔液中进行回熔，恒温3-20分钟，快速降温至560-720℃，再以温度0.1-5℃/d的速率缓慢降温，以0-50r/min转速旋转籽晶杆，同时以O-15mm/h的速度向上提拉晶体,待单晶生长到所需尺寸后，将晶体提离混合熔液表面，并以温度1-50℃/h速率降至室温，将晶体从炉膛中取出，即可得到硼酸锂双折射晶体。该晶体为负双轴晶体，透过范围175-3500nm，双折射率在0.080-0.140之间。所述的硼酸锂双折射晶体在制备制作偏振分束棱镜中的用途。所述的偏振分束棱镜为格兰型棱镜、渥拉斯顿棱镜、洛匈棱镜或光束分离偏振器。本专利技术所述硼酸锂双折射晶体，涉及的化学方程式为：3Li2CO3+2H3BO3→Li3BO3+CO2↑+H2O↑3LiOH+H3BO3→Li3BO3+H2O↑3Li2O+2H3BO3→Li3BO3+H2O↑3LiNO3+H3BO3→Li3BO3+NO2↑+H2O↑3Li2C2O4+2H3BO3→Li3BO3+CO2↑+H2O↑3LiCH3COO+H3BO3→Li3BO3+CO2↑+H2O↑3Li2CO3+B2O3→Li3BO3+CO2↑6LiOH+B2O3→Li3BO3+H2O↑3Li2O+B2O3→Li3BO36LiNO3+B2O3→Li3BO3+NO2↑本专利技术所述方法获得的硼酸锂双折射晶体为负双轴晶体，透过范围是175-3500nm；双折射率在0.080(3500nm)-0.140(175nm)之间；晶体易于生长、易于切割、易于研磨、易于抛光和易于保存，在空气中稳定，不易潮解；采用助溶剂法生长晶体；通过本专利技术所述方法获得的晶体易于生长、易于切割、易于研磨、易于抛光和易于保存，在空气中稳定，不易潮解，可用于制作格兰型棱镜、渥拉斯顿棱镜、洛匈棱镜或光束分离偏振器等偏振分束棱镜，在光学和通讯领域有重要应用。附图说明图1为本专利技术Li3BO3非线性光学晶体的单胞结构图；图2为用于红外-深紫外波段的Li3BO3双折射晶体的XRD图；图3用于红外-深紫外波段的Li3BO3双折射晶体的照片图；图4为本专利技术楔形双折射晶体偏振分束器示意图；图5为本专利技术光隔离器示意图；图6为本专利技术光束位移器示意图，其中1为入射光，2为o光，3为e光，4为光轴，5为Li3BO3晶体，6透光方向，7光轴面。具体实施方式实施例1：助熔剂法生长Li3BO3按化学方程式：3Li2CO3+2H3BO3→Li3BO3+CO2↑+H2O↑合成硼酸锂化合物：a、将Li2CO3、H3BO3按摩尔比锂:硼＝3:1混合均匀并充分研磨，然后放入刚玉坩埚内，在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种硼酸锂双折射晶体的制备方法，其特征在于该晶体化学式为Li

【技术特征摘要】
1.一种硼酸锂双折射晶体的制备方法，其特征在于该晶体化学式为Li3BO3，分子量为79.63，属于单斜晶系，空间群为P21/c，晶胞参数为a=3.2637(8)Å，b=9.180(2)Å，c=8.319(2)β=101.039(2)°,V=244.63(11)Å3，Z=4，采用助溶剂法生长晶体，具体操作步骤按下进行：a、将含锂化合物Li2O、Li2CO3、LiNO3、Li2C2O4、LiOH或LiCH3COO，含硼化合物H3BO3或B2O3按摩尔比锂:硼=3:1混合均匀并充分研磨，然后放入刚玉坩埚内，在温度300℃预烧8小时，之后每次升温50℃并在相应的温度保温6-8小时，取出研磨并压实，重复此过程直至温度升到750℃，最后在温度750℃保温120h，得到硼酸锂化合物的纯相，对该产物进行X射线分析，所得X射线谱图与Li3BO3单晶研磨成粉末后的X射线谱图是一致的；b、将硼酸锂化合物中加入助熔剂为氯化锂、氢氧化锂、碳酸锂、氯化钠、氧化硼或硼酸按摩尔比硼酸锂:助熔剂=1:0.5-4混配，加热温度至600-850℃，恒温5-80小时，得到硼酸锂与助熔剂的混合熔液；c、制备硼酸锂籽晶：将步骤b得到的混合熔液以温度0.1-10℃/h的速率缓慢降至室温，自发结晶获得硼酸锂籽晶；或先将步骤b中加入助熔...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘世烈，陈幸龙，张方方，
申请(专利权)人：中国科学院新疆理化技术研究所，
类型：发明
国别省市：新疆,65