本發(fā)明涉及一種氟硅酸鈉深紫外非線性光學晶及制備方法和應用，屬于深紫外非線性光學晶體的領域。

背景技術：

1、非線性光學晶體作為激光倍頻、多倍頻、和頻、差頻、光參量振蕩和光參量放大等方面的關鍵材料，能夠拓寬激光波長范圍，開辟新的激光光源。在紫外激光光刻、精密儀器加工、激光醫(yī)療、光化學等領域具有廣泛的應用。常用的氧基紫外及深紫外非線性光學晶體包括：lib3o5(lbo)、csb3o5(cbo)、rbbe2bo3f2(rbbf)、kbe2bo3f2(kbbf)、srb4o7(sbo)。kbbf晶體是目前唯一已實用化的能夠通過直接倍頻方式輸出深紫外激光的非線性光學晶體。kbbf晶體紫外截止邊為147nm，最短只能實現(xiàn)149nm的激光輸出。sbo晶體紫外截止邊為120nm，最短只能實現(xiàn)121nm的激光輸出。這類晶體表現(xiàn)大的帶隙和優(yōu)秀的非線性光學性能，由于其含有金屬—氧鍵的吸收，決定了此類晶體的帶隙無法進一步向深紫外領域擴展。目前還未發(fā)現(xiàn)有能夠實現(xiàn)120nm以下的深紫外非線性光學晶體，這極大的限制了深紫外全固態(tài)激光器的發(fā)展。因此，有必要探索具有寬帶隙、高倍頻效應、容易生長、成本低的深紫外非線性光學晶體。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供氟硅酸鈉深紫外非線性光學晶體。

2、本發(fā)明的另一個目的在于提供氟硅酸鈉深紫外非線性光學晶體的制備方法。

3、本發(fā)明的再一個目的在于提供氟硅酸鈉深紫外非線性光學晶體的用途。

4、本發(fā)明所述的一種氟硅酸鈉深紫外非線性光學晶體，該晶體的化學式為na2sif6或者na6si3f18，該晶體不具有對稱中心，屬于三方晶系，空間群為p321，晶胞參數(shù)為α＝90°,β＝90°,γ＝120°,z＝3，單胞體積為單胞分子量為1128.33274。

5、所述的氟硅酸鈉深紫外非線性光學晶體的制備方法，采用水熱礦化劑法和水熱自結晶法制備：

6、所述水熱礦化劑法生長氟硅酸鈉深紫外非線性光學晶體，具體操作按下列步驟進行：

7、a.按照化學式na6si3f18的摩爾比na:si:f＝2:1:3在空氣條件下稱取原料，再以質量比原料：礦化劑naf:礦化劑pr(no3)3·6h2o:礦化劑hio3:礦化劑hio4.·2h2o＝1:2-4:1-2:5-15:3-8；稱取原料與助溶劑，放入聚四氟乙烯內(nèi)襯中，再20％—80％的填充度加入去離子水，蓋好內(nèi)襯，放入水熱釜的304不銹鋼外殼中擰緊。其中，na的原料來源為naf或者naoh，si的原料為sio2,f的原料來源為naf。

8、b.將步驟a中的水熱釜放入臺階溫控的鼓風干燥箱中，以2-5℃/min升溫至240℃，保溫80-120h，再以0.5～30℃/h的降溫速率進行結晶，得到氟硅酸鈉深紫外非線性光學晶體。

9、所述水熱自結晶法生長氟硅酸鈉深紫外非線性光學晶體，具體操作按下列步驟進行：

10、a.將na2sif6化合物粉末與去離子水按照0.02—1.5g/ml的比例裝入聚四氟乙烯內(nèi)襯中，蓋緊內(nèi)襯，再裝入水熱釜的304不銹鋼外殼中擰緊。

11、b.將步驟a中的水熱釜放入程序控制的箱式爐中，以0.5-1.5℃/min升溫至240℃，保溫20-72h,再以0.5～10℃/h的降溫速率進行結晶，得到氟硅酸鈉深紫外非線性光學晶體。

12、所述氟硅酸鈉深紫外非線性光學晶體的用途，所述氟硅酸鈉深紫外非線性光學晶體用于激光器激光輸出的頻率轉換。

13、所述氟硅酸鈉深紫外非線性光學晶體的用途，所述氟硅酸鈉深紫外非線性光學晶體用于對波長1064nm的激光光束產(chǎn)生2倍頻、3倍頻、4倍頻、5倍頻、6倍頻、7倍頻、8倍頻的諧波光輸出。

14、所述氟硅酸鈉深紫外非線性光學晶體的用途，所述氟硅酸鈉深紫外非線性光學晶體用于產(chǎn)生波長低于120nm的諧波光輸出。

15、所述氟硅酸鈉深紫外非線性光學晶體的用途，所述氟硅酸鈉深紫外非線性光學晶體用于制備紫外區(qū)的諧波發(fā)生器、光參量振蕩與光參量放大器件及光波導器件。

16、所述氟硅酸鈉深紫外非線性光學晶體的用途，所述氟硅酸鈉深紫外非線性光學晶體用于制備從紅外到深紫外區(qū)的光參量振蕩與光參量放大器件。

17、本發(fā)明所述氟硅酸鈉深紫外非線性光學晶體及制備方法和用途，采用水熱礦化劑法和水熱自結晶法均可獲得尺寸大于0.8×0.5×0.1mm3的氟硅酸鈉深紫外非線性光學晶體；使用更高的生長溫度，采用更大的生長內(nèi)襯，并延長生長時間，可以獲得相應較大尺寸的氟硅酸鈉深紫外非線性光學晶體。

18、根據(jù)晶體的結晶學數(shù)據(jù)，將晶體毛坯定向，按所需角度、厚度和通光截面尺寸進行切割，將晶體通光面拋光，并用飛秒激光加工成空間周期光柵結構，即可作為非線性光學器件使用。

19、本發(fā)明所述的一種氟硅酸鈉深紫外非線性光學晶體在激光技術領域的應用包括制備紫外及深紫外波段激光變頻晶體、紫外及深紫外激光器、紫外及深紫外電光裝置、紫外及深紫外通訊器件、激光醫(yī)療、紫外及深紫外光刻器件、紫外及深紫外微納加工器件中的用途。

20、本發(fā)明所述氟硅酸鈉深紫外非線性光學晶體與光學器件具有寬的帶隙(10.45ev)、較高的倍頻效應(3×sio2)、機械性能好、不易碎裂和潮解、易于加工和保存、容易生長、成本低、原料環(huán)保，便于工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。

技術特征：

1.一種氟硅酸鈉深紫外非線性光學晶體，其特征在于，所述氟硅酸鈉深紫外非線性光學晶體的化學式為na2sif6或者na6si3f18，所述氟硅酸鈉深紫外非線性光學晶體不具有對稱中心，屬于三方晶系，空間群為p321，晶胞參數(shù)為=8.8384(2)??,?b=8.8384(2)??,?c=5.0117(2)??,?α=90°,?β=90°,?γ=120°,?z=3，?v=339.05(2)??3。單胞分子量為1128.33274。

2.如權利要求1所述的氟硅酸鈉深紫外非線性光學晶體的制備方法，其特征在于，采用水熱礦化劑法和水熱自結晶法制備；

3.根據(jù)權利要求2所述的氟硅酸鈉深紫外非線性光學晶體的制備方法，其特征在于，所述na2sif6化合物粉末與去離子水的添加比例為：0.02~1g/ml。

4.根據(jù)權利要求2所述的氟硅酸鈉深紫外非線性光學晶體的制備方法，其特征在于，所述溶解時的最高溫度為240℃。

5.根據(jù)權利要求2所述的氟硅酸鈉深紫外非線性光學晶體的制備方法，其特征在于，所述na2sif6化合物粉末與去離子水在聚四氟乙烯材質的內(nèi)襯中進行溶解和結晶。

6.如權利要求1所述的氟硅酸鈉深紫外非線性光學晶體的用途，其特征在于，所述氟硅酸鈉深紫外非線性光學晶體用于激光器激光輸出的頻率轉換。

7.如權利要求1所述的氟硅酸鈉深紫外非線性光學晶體的用途，其特征在于，所述氟硅酸鈉深紫外非線性光學晶體用于對波長1064nm的激光光束產(chǎn)生2倍頻、3倍頻、4倍頻、5倍頻、6倍頻、7倍頻和8倍頻的諧波光輸出。

8.如權利要求1所述的氟硅酸鈉深紫外非線性光學晶體的用途，其特征在于，所述氟硅酸鈉深紫外非線性光學晶體用于產(chǎn)生波長最短低于120nm的諧波光輸出。

9.如權利要求1所述的氟硅酸鈉深紫外非線性光學晶體的用途，其特征在于，所述氟硅酸鈉深紫外非線性光學晶體用于制備紅外到深紫外區(qū)的諧波發(fā)生器，倍頻發(fā)生器，光參量振蕩器，光參量放大器，光波導器，頻率上、下轉換器。

10.如權利要求9所述的氟硅酸鈉深紫外非線性光學晶體及器件的用途，其特征在于，所述氟硅酸鈉深紫外非線性光學晶體及器件用于制備從紅外到深紫外區(qū)的全固態(tài)激光器、激光醫(yī)療、或短波激光微納光刻中的應用。

技術總結
本發(fā)明涉及一種氟硅酸鋰鈉深紫外非線性光學晶體及制備方法和用途，該晶體的化學式為Na<subgt;2</subgt;SiF<subgt;6</subgt;或者Na<subgt;6</subgt;Si<subgt;3</subgt;F<subgt;18</subgt;，該晶體不具有對稱中心，屬于三方晶系，空間群為P321，晶胞參數(shù)為α＝90°,β＝90°,γ＝120°,Z＝3，單胞體積為單胞分子量為1128.33274。采用水熱礦化劑法和水熱自結晶法均可獲得尺寸大于0.8×0.5×0.1mm<supgt;3</supgt;的氟硅酸鈉深紫外非線性光學晶體；使用更高的生長溫度，采用更大的生長內(nèi)襯，并延長生長時間，可以獲得相應較大尺寸的氟硅酸鈉深紫外非線性光學晶體。該晶體具有寬的帶隙，在可見及紫外波段沒有吸收，高的非線性光學效應，機械性能好，不易碎裂和潮解，易于加工和保存，容易生長，成本低，原料環(huán)保等優(yōu)點，可用于制作深紫外非線性光學器件。

技術研發(fā)人員：湯長城
受保護的技術使用者：武夷學院
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/12/19