硒镓锌钡化合物、硒镓锌钡红外非线性光学晶体及其制备方法和用途技术

本发明专利技术公开了一种硒镓锌钡化合物，化学式是Ba5ZnGa6Se15。本发明专利技术还公开了硒镓锌钡化合物的制备方法。另外，本发明专利技术还公开了一种硒镓锌钡晶体及其制备方法和应用。本发明专利技术的硒镓锌钡红外非线性光学晶体的生长中，晶体易长大且无包裹，具有生长速度较快、成本低、容易获得较大尺寸晶体等优点；所获得的硒镓锌钡红外非线性光学晶体具有比较宽的红外透光波段、机械性能好、易于加工和保存等优点；该硒镓锌钡晶体可用于制作红外激光变频器件。

Selenium gallium zinc barium compound, selenium gallium gallium zinc barium infrared nonlinear optical crystal, preparation method and application thereof

The invention discloses a selenium gallium zinc barium compound, wherein the chemical formula is Ba5ZnGa6Se15. The invention also discloses a preparation method of selenium gallium zinc barium compound. In addition, the invention also discloses a selenium gallium zinc barium crystal and a preparation method and an application thereof. Selenium gallium zinc barium infrared nonlinear optical crystal of the invention of the growth, easy growing and no package, with faster growth, low cost, easy to obtain large size crystal etc.; selenium gallium zinc barium infrared nonlinear optical crystal obtained with infrared wide band, light through the advantages of good mechanical properties and easy the processing and preservation; the selenium gallium zinc barium crystal can be used for the production of infrared laser frequency conversion device.

【技术实现步骤摘要】
硒镓锌钡化合物、硒镓锌钡红外非线性光学晶体及其制备方法和用途
本专利技术涉及无机化合物材料
，具体涉及硒镓锌钡化合物及其制备方法、硒镓锌钡红外非线性光学晶体及其制备方法和应用。
技术介绍
二阶非线性光学晶体是一类与激光技术紧密结合的、重要的光电功能材料，该类晶体能够通过倍频、差频、和频和光学参量振荡等非线性效应实现对商用激光器频率的调节，产生新波长激光源，进而极大拓展激光的应用范围。例如使用合适的倍频晶体，可以将Nd:YAG(输出波长为1064nm)激光倍频，产生波长为532nm的激光；2.1μm的激光经过倍频后可以产生波长为1.05μm的激光。目前，在紫外和可见光波段，发现了一系列优秀的非线性光学晶体，包括KBBF(KBe2BO3F2)、BBO(β-BaB2O4)、LBO(LiB3O5)、CBO(CsB3O5)、KDP(KH2PO4)和KTP(KTiOPO4)等，它们在产生新的紫外和可见光波段激光方面已经得到了广泛的应用且能够满足各种使用要求。然而，对红外波段非线性光学晶体的研究依然相对匮乏，能够实用化的晶体仅有ZGP(ZnGeP2)、AGS(AgGaS2)和AGSe(AgGaSe2)等为数不多的几个；另外这些晶体还存在着严重的缺点，比如AGS和AGSe存在大的各向异性热膨胀，高品质大尺寸晶体生长困难；热导率低，在高功率泵浦时会产生较强的热梯度和热透镜效应导致激光损伤阈值极低，不能用于高功率红外激光输出；ZGP晶体是当前产生3～5μm红外激光的最佳材料，然而其晶体生长异常困难，且在近红外区存在不可避免的、严重的残余吸收使得其必须采用波长大于2μm的激光进行泵浦。以上缺点严重的限制了上述红外晶体的实际应用；另外，在8～12μm红外波段依然缺乏性能优良的非线性晶体材料。而近期发现的新型红外非线性晶体BGS(BaGa4S7)和BGSe(BaGa4Se7)仍然处于实验室开发阶段，具体实际使用价值与应用波段有待进一步深入研究。因此，探索具有易于生长、机械加工性质良好、高激光损伤阈值、红外非线性优良的新型晶体显得尤为迫切，也是当前非线性光学材料领域的研究热点和难点之一。硫族化合物具有红外透过范围宽和非线性系数比较大等优点，是新型红外非线性光学晶体探索的主要研究对象。对于Ba/Zn/Ga/Se四元体系，目前未见研究报道，本专利技术为该体系首例硫族化合物在红外非线性光学材料方面的报道。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决上述现有技术问题，提供一种硒镓锌钡化合物及其制备方法、硒镓锌钡红外非线性光学晶体及其制备方法和应用。为了达到上述的技术效果，本专利技术采取以下技术方案：一种硒镓锌钡化合物，所述硒镓锌钡化合物的化学式是Ba5ZnGa6Se15。上述硒镓锌钡化合物的制备方法，包括以下步骤：本专利技术提供的Ba5ZnGa6Se15化合物的制备方法，其步骤如下：将含Ba物质、含Zn物质、含Ga物质和单质Se配料并混合均匀后，加热至800～900℃进行高温固相反应，得到硒镓锌钡化合物；所述含Ba物质、含Zn物质、含Ga物质和单质Se中所有的Ba:Zn:Ga:Se元素摩尔比为5:1:6:15；所述含Ba物质为钡单质或硒化钡；所述含Zn物质为三元化合物硒镓锌ZnGa2Se4；所述含Ga物质为镓单质或三硒化二镓。根据本专利技术更进一步的技术方案，所述加热至800～900℃进行高温固相反应是指：将混合均匀的物料装入石英管中，然后对石英管抽真空至10-3Pa并进行熔化封结；将封结的石英管放入马弗炉中，以30～50℃/h的速率升温至800～900℃，保温96h，冷却后取出样品，对取出的样品研磨混匀后再次置于石英管中抽真空至10-3Pa并进行熔化封结，之后放入马弗炉内升温至800℃烧结48h；将样品取出并研磨得到粉末状的Ba5ZnGa6Se15化合物。一种硒镓锌钡晶体，其特征在于该晶体的化学式是Ba5ZnGa6Se15，所述晶体为红外非线性光学晶体，所述晶体为非中心对称结构，属正交晶系，空间群为Ama2，其晶胞参数为：α＝β＝γ＝90°，Z＝4。上述的硒镓锌钡晶体的制备方法，它包括以下步骤：将硒镓锌钡化合物置于温度梯度为5～10℃/cm的晶体生长炉中，利用水平梯度冷凝法或坩埚下降法制备得到硒镓锌钡晶体。根据本专利技术更进一步的技术方案，所述水平梯度冷凝法是指将粉末状硒镓锌钡化合物封入石英坩埚后，放到水平晶体生长炉中；加热至化合物熔化并保持24～72h后，以5～10mm/d的速度移动温场，待晶体生长结束后，以10～30℃/h降温速率降至室温，得到黄色透明的硒镓锌钡晶体。根据本专利技术更进一步的技术方案，所述坩埚下降法是指将粉末状硒镓锌钡化合物封入石英坩埚后，放入晶体生长炉中；缓慢升温至化合物熔化，待粉末完全熔化并保持24～72h后，石英坩埚以0.3～2.0mm/h的速度垂直下降，在坩埚下降过程中进行硒镓锌钡晶体的生长，待晶体生长结束后以10～30℃/h降温速率降至室温，其生长周期为10～30d。上述的硒镓锌钡晶体用于制备红外激光变频器件。下面将详细地说明本专利技术。本专利技术中，化学式为Ba5ZnGa6Se15的硒镓锌钡化合物，其制备的一些相关化学反应式包括：所述Ba5ZnGa6Se15化合物已按下述化学反应式成功制备：(1)5BaSe+ZnGa2Se4+2Ga2Se3＝Ba5ZnGa6Se15；(2)5BaSe+ZnGa2Se4+4Ga+6Se＝Ba5ZnGa6Se15；(3)5Ba+ZnGa2Se4+2Ga2Se3+5Se＝Ba5ZnGa6Se15；(4)5Ba+ZnGa2Se4+4Ga+11Se＝Ba5ZnGa6Se15；所述硒镓锌钡化合物的晶体结构如图1所示，是一种三维框架结构：Zn和Ga以1:6的比率共同占有结构中四面体配位的位置，这些(Zn/Ga)Se4四面体相互共点连接形成三维框架，Ba离子位于框架的空隙中。本专利技术利用水平梯度冷凝法或坩埚下降法制备硒镓锌钡晶体均可获得尺寸为cm级的Ba5ZnGa6Se15红外非线性光学晶体；使用尺寸更大的坩埚，同时延长生长周期，则可获得相应较大尺寸Ba5ZnGa6Se15红外非线性光学晶体。在得到高品质大尺寸晶体以后，可以根据该晶体的结晶学特征对生长的晶体进行定向；之后，可以按所需角度、厚度和截面尺寸切割晶体；最后将晶体器件的通光面抛光并镀膜，即完成该晶体红外激光变频器件的制备。Ba5ZnGa6Se15晶体具有物理化学性能稳定、机械性能好、不易潮解、易于加工和保存等优点；本专利技术还进一步提供Ba5ZnGa6Se15红外非线性光学晶体的用途，该Ba5ZnGa6Se15晶体用于制备红外激光变频器件，该器件包含将至少一束入射激光通过至少一块Ba5ZnGa6Se15晶体后产生至少一束频率不同于入射激光的辐射输出的装置。本专利技术与现有技术相比，具有以下的有益效果：本专利技术的效果在于提供了一种化学式为Ba5ZnGa6Se15新型红外非线性光学晶体及其制备方法和用途。在该硒镓锌钡红外非线性光学晶体的生长中晶体易长大且无包裹，具有生长速度较快、成本低、容易获得较大尺寸晶体等优点；所获得的硒镓锌钡红外非线性光学晶体具有比较宽的红外透光波段、机械性能好、易于加工和保存等优点；该硒镓锌钡晶体可用于制作红外激光变频器件。附图说明图1是本专利技术制备本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种硒镓锌钡化合物，其特征在于所述硒镓锌钡化合物的化学式是Ba5ZnGa6Se15。

【技术特征摘要】
1.一种硒镓锌钡化合物，其特征在于所述硒镓锌钡化合物的化学式是Ba5ZnGa6Se15。2.权利要求1所述硒镓锌钡化合物的制备方法，其特征在于包括如下步骤：将含Ba物质、含Zn物质、含Ga物质和单质Se混合均匀后，加热至800～900℃进行高温固相反应，得到硒镓锌钡化合物；所述含Ba物质、含Zn物质、含Ga物质和单质Se中，所有的Ba:Zn:Ga:Se元素摩尔比为5:1:6:15。3.根据权利要求2所述硒镓锌钡化合物的制备方法，其特征在于：所述含Ba物质为钡单质或硒化钡；所述含Zn物质为三元化合物硒镓锌ZnGa2Se4；所述含Ga物质为镓单质或三硒化二镓。4.根据权利要求3所述硒镓锌钡化合物的制备方法，其特征在于：所述加热至800～900℃进行高温固相反应是指：将混合均匀的物料装入石英管中，然后对石英管抽真空至10-3Pa并进行熔化封结；将封结的石英管放入马弗炉中，以30～50℃/h的速率升温至800～900℃，保温96h，冷却后取出样品，对取出的样品研磨混匀后再次置于石英管中抽真空至10-3Pa并进行熔化封结，之后放入马弗炉内升温至800℃烧结48h；将样品取出并研磨得到粉末状的Ba5ZnGa6Se15化合物。5.一种硒镓锌钡晶体，其特征在于：所述晶体的化学式是Ba5ZnGa6Se15，所述晶体为红外非线性光学晶体，所述晶体为非中心对称结...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹文龙，余盛全，张羽，谢婧，窦云巍，袁泽锐，唐明静，方攀，陈莹，康彬，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院化工材料研究所，四川省新材料研究中心，
类型：发明
国别省市：四川,51