本發(fā)明涉及一種CsZn2B3O7化合物、CsZn2B3O7非線性光學(xué)晶體、該CsZn2B3O7晶體的制備方法和該晶體用于制作非線性光學(xué)器件的用途。

背景技術(shù)：
晶體的非線性光學(xué)效應(yīng)是指這樣一種效應(yīng)：當(dāng)一束具有某種偏振方向的激光按一定方向通過(guò)一塊非線性光學(xué)晶體時(shí)，該光束的頻率將發(fā)生變化。具有非線性光學(xué)效應(yīng)的晶體稱為非線性光學(xué)晶體。利用晶體的非線性光學(xué)效應(yīng)，可以制成二次諧波發(fā)生器和上、下頻率轉(zhuǎn)換器以及光參量振蕩器等非線性光學(xué)器件。利用非線性光學(xué)晶體進(jìn)行頻率變換的全固態(tài)激光器是未來(lái)激光器的一個(gè)發(fā)展方向，而其關(guān)鍵在于獲得優(yōu)秀的非線性光學(xué)晶體。目前，應(yīng)用于紫外波段的非線性光學(xué)晶體主要有2-BaB2O4（BBO）、LiB3O5（LBO）、CsLiB6O10（CLBO）和K2Be2BO3F2（KBBF）等，但它們都存在各自的不足之處。例如，LBO的雙折射率都比較小，不能實(shí)現(xiàn)1064nm波長(zhǎng)激光的四倍頻輸出；BBO的雙折射率偏大，用于1064nm波長(zhǎng)激光的四倍頻輸出時(shí)存在光折變效應(yīng)，限制了其輸出功率和光束質(zhì)量；而CLBO極易潮解，難以實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用；KBBF則由于其嚴(yán)重的層狀生長(zhǎng)習(xí)性，導(dǎo)致其難以獲得c向厚度大的晶體。因此，探索綜合性能優(yōu)異的新型紫外非線性光學(xué)晶體仍然是迫切而必要的。根據(jù)陰離子基團(tuán)理論，含共軛鍵的(BO3)3-基團(tuán)具有相對(duì)較大的微觀倍頻系數(shù)，當(dāng)這些(BO3)3-基團(tuán)排列方向一致時(shí)會(huì)產(chǎn)生大的宏觀倍頻系數(shù)；同時(shí)，其平面構(gòu)型有利于產(chǎn)生較大的雙折射以實(shí)現(xiàn)紫外波段的相位匹配；另外，(BO3)3-基團(tuán)具有較寬的帶隙，有利于紫外光的透過(guò)和抗激光損傷閾值的提高。因此，(BO3)3-基團(tuán)被認(rèn)為是設(shè)計(jì)合成紫外和深紫外非線性光學(xué)晶體的最佳基團(tuán)之一。目前唯一能夠直接倍頻輸出深紫外激光的晶體KBBF，其基本結(jié)構(gòu)基元即是(BO3)3-基團(tuán)。在KBBF晶體結(jié)構(gòu)中，由(BO3)3-與(BeO3F)5-構(gòu)筑的平面層之間通過(guò)弱的K+-F-離子鍵連接，這導(dǎo)致KBBF晶體呈現(xiàn)出嚴(yán)重的層狀生長(zhǎng)習(xí)性。因此，發(fā)明人設(shè)計(jì)合成一種新型紫外非線性光學(xué)材料：在該材料中，(ZnO4)6-四面體取代(BeO3F)5-四面體與(BO3)3-基團(tuán)一起構(gòu)筑一種新的平面層[Zn2BO5]∞；同時(shí)，利用(B3O6)3-基團(tuán)充當(dāng)平面層與層之間的連接媒介以增強(qiáng)層間連接力；另外，引入陽(yáng)離子填入層間空隙并維持電荷平衡。這樣一來(lái)，一方面由于(ZnO4)6-四面體的微觀二階非線性光學(xué)效應(yīng)不可忽略，其幾何疊加將導(dǎo)致所得材料具有更大的宏觀非線性光學(xué)效應(yīng)；另一方面，層與層之間依靠(B3O6)3-基團(tuán)作為連接媒介，層間連接更緊密，所得新材料將克服或大大減輕層狀生長(zhǎng)習(xí)性?；诖?，本發(fā)明人在大量探索的基礎(chǔ)上，完成了本發(fā)明。晶體結(jié)構(gòu)分析和粉末倍頻測(cè)試等都表明這種設(shè)計(jì)是切實(shí)可行的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的之一在于提供一種化學(xué)式為CsZn2B3O7的化合物。本發(fā)明的目的之一在于提供一種CsZn2B3O7化合物的制備方法。本發(fā)明的目的之一在于提供一種CsZn2B3O7非線性光學(xué)晶體。本發(fā)明的目的之一在于提供CsZn2B3O7晶體的制備方法。本發(fā)明的目的之一在于提供CsZn2B3O7非線性光學(xué)晶體的用途。本發(fā)明的技術(shù)方案如下：（1）一種化學(xué)式為CsZn2B3O7的化合物。（2）一種CsZn2B3O7化合物的制備方法，其特征在于，采用固相反應(yīng)法制備，所述方法包括如下步驟：將含Cs化合物、含Zn化合物和含B化合物以化學(xué)計(jì)量比均勻混合后，以不大于150℃/h的速率升溫到500℃并預(yù)燒結(jié)24h以上，然后降溫取出研磨均勻，再以不大于200℃/h升溫到800℃燒結(jié)72h以上，中途取出研磨1次以上，即可得純相的該化合物。以下是幾個(gè)典型的可以得到CsZn2B3O7化合物的反應(yīng):(a)Cs2CO3+4ZnO+6H3BO3=2CsZn2B3O7+CO2↑+9H2O↑(b)CsHCO3+2ZnCO3+3H3BO3=CsZn2B3O7+3CO2↑+5H2O↑(c)CsOH+2Zn(OH)2+3H3BO3=CsZn2B3O7+7H2O↑(d)Cs2CO3+4ZnO+3B2O3=2CsZn2B3O7+CO2↑(e)4CsNO3+8ZnO+6B2O3=4CsZn2B3O7+4NO2↑+O2↑（3）一種CsZn2B3O7非線性光學(xué)晶體，其化學(xué)式為CsZn2B3O7，該晶體不含對(duì)稱中心，屬于正交晶系Cmc21空間群，晶胞參數(shù)為Z=12。（4）一種制備CsZn2B3O7非線性光學(xué)晶體的方法，其特征在于，采用助熔劑法生長(zhǎng)CsZn2B3O7非線性光學(xué)晶體，所述助熔劑為Cs2O-ZnF2-B2O3助熔劑體系。（5）根據(jù)（4）的方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟：將所述含Cs化合物、含Zn化合物、ZnF2和含B化合物以摩爾比Cs：Zn：ZnF2:B=3-5：1-2：3：8-12混合并研磨均勻，放入鉑金坩堝中升溫至700℃燒結(jié)1-2天后降至室溫。再加入和原料中含B化合物等重的含B化合物，混合研磨均勻后在坩堝中熔化，在高溫熔體表面或熔體中生長(zhǎng)晶體。根據(jù)本發(fā)明，所述生長(zhǎng)晶體的條件為，降溫速率：0.2～5℃/天，優(yōu)選0.2～1℃/天；轉(zhuǎn)速：0～50轉(zhuǎn)/分，優(yōu)選10～40轉(zhuǎn)/分；旋轉(zhuǎn)方向：?jiǎn)蜗蛐D(zhuǎn)或雙向旋轉(zhuǎn)（如可逆雙向旋轉(zhuǎn)）。根據(jù)本發(fā)明，待晶體生長(zhǎng)到所需尺度后，提升籽晶桿，使晶體脫離液面，以不大于100℃/小時(shí)（優(yōu)選小于50℃/小時(shí)）的速率降溫至室溫，即可得CsZn2B3O7非線性光學(xué)晶體。（6）根據(jù)（2）和（4）的方法，其特征還在于，所述含Cs化合物選自碳酸銫、碳酸氫銫、硝酸銫或氫氧化銫；所述含Zn化合物選自氧化鋅、碳酸鋅或氫氧化...