專利名稱：非線性光學(xué)方法和結(jié)構(gòu)的制作方法
非線性光學(xué)方法和結(jié)構(gòu)相關(guān)申請交叉引用本申請要求2008年6月16日提交的標(biāo)題為"Method and Structure for Nonlinear Optics”的美國專利申請12/140，162的優(yōu)先權(quán)，該美國專利申請根據(jù)35U. S. C. $119 (e)要 求 2008 年 4 月 11 日提交的標(biāo)題為“Method and Structure for Nonlinear Optics”的美國臨時專利申請61/044，413的優(yōu)先權(quán)，以上專利申請的公開內(nèi)容為所有目的 通過引用全文并入本文。
背景技術(shù)：
本發(fā)明一般性涉及具有光學(xué)性能的特定化合物。更具體而言，例如，本發(fā)明的 一個實施方案提供了 一種用于紫外、可見和紅外電磁輻射應(yīng)用的特定化合物，其包括 RiLajAlkB16O48，其中2. 0彡i彡3. 6，0. 4彡j彡2. 0，i和j之和為約4，k為約12，R為選自 Y和Lu的元素。更具體而言，另一實施方案提供一種用于紫外、可見和紅外電磁輻射應(yīng)用 的化合物，其包括YiLajAlkB16O48，其中2. 8彡i彡3. 2，0. 8彡j彡1. 2，i和j之和為約4，k 為約12。僅僅作為舉例，該化合物可用于波長175-360nm的電磁輻射，但應(yīng)認(rèn)識到本發(fā)明具 有更廣闊的應(yīng)用范圍。非線性光學(xué)(NLO)材料不尋常之處在于其影響光的特性。一個公知的例子是特定 材料引起的光的偏振，例如材料使得入射光的偏振矢量旋轉(zhuǎn)。如果入射光對偏振矢量的影 響是線性的，那么材料所發(fā)出的光具有與入射光相同的頻率。非線性光學(xué)材料以非線性方 式影響入射光的偏振矢量。結(jié)果，非線性光學(xué)材料所發(fā)出的光的頻率受到影響，這也稱為變
頻/變頻器。例如，當(dāng)特定頻率的相干光束，例如激光產(chǎn)生的相干光束，傳播通過適當(dāng)定向的具 有非零的二價極化率張量分量的非線性光學(xué)晶體時，該晶體會產(chǎn)生不同頻率的光，從而延 展了激光的使用頻率范圍。這種光的產(chǎn)生可以歸因于諸如和頻產(chǎn)生(sre)，差頻產(chǎn)生(Dre) 和光參量放大(OPA)的過程。采用非線性光學(xué)晶體的裝置包括但不限于上下變頻器、光參 量振蕩器、光學(xué)整流器和光學(xué)開關(guān)。在非線性光學(xué)材料中的頻率產(chǎn)生是一個重要的作用。例如，兩個頻率為Q1和ω2 的單色電磁波傳播通過適當(dāng)定向的非線性光學(xué)晶體可導(dǎo)致產(chǎn)生不同頻率的光。利用這兩個 不同頻率來限定光頻率的機理是和頻產(chǎn)生(sre)和差頻產(chǎn)生(Dre)。sre是光頻率《3作 為兩個入射頻率之和產(chǎn)生的過程，其中ω3= ω1+ω2。換言之，STO用于將長波長的光轉(zhuǎn)換 成波長較短的光(如近紅外轉(zhuǎn)換至可見光，或可見光轉(zhuǎn)換至紫外線)。和頻產(chǎn)生的一個特 殊情況是二次諧波產(chǎn)生(SHG)，其中ω3 = 2(0”這在入射頻率相等即Co1 = ω2時得到滿 足。Dre是光頻率《4作為入射頻率之差產(chǎn)生的過程，其中ω4= ωι-ω20 Dre用于將波長 較短的光轉(zhuǎn)換成波長更長的光(如可見光轉(zhuǎn)換至紅外線)。Dre的一個特殊情況是，當(dāng)CO1 =ω2，因此ω4 = 0，這已知為光學(xué)整流。光參量振蕩(0Ρ0)也是DTO的一種形式，用于產(chǎn) 生可調(diào)頻率的光。用于特定應(yīng)用的非線性光學(xué)晶體的轉(zhuǎn)換效率取決于許多因素，包括但不限于晶 體的有效非線性度(pm/V)、雙折射(Δ n，其中η是折射率)、相位匹配條件(I類、II類、非臨界、準(zhǔn)、或臨界相位匹配)、接收角(弧度-cm)、接收溫度(K-cm)、走離角(弧度)、溫度隨 折射率的變化(dn/dT)、光學(xué)透明度范圍(nm)、光損傷閾值(W/cm2)和光學(xué)壽命。期望的非 線性光學(xué)晶體具有如特定應(yīng)用所限定的上述性質(zhì)的最佳組合。光學(xué)材料常使用硼作為元素成分，這是因為硼的氧化物具有寬廣的透明度和強粘 合性。實例包括其作為成玻璃材料的應(yīng)用(硼硅酸鹽玻璃)、粉末形式的磷光體以及作為激 光變頻器的應(yīng)用。硼酸鹽晶體用于各種應(yīng)用，如基于激光的制造、醫(yī)藥、五金和儀表、通訊和 研究。幾種硼酸鹽化合物常用作商業(yè)激光器中的晶體β-硼酸鋇(ΒΒ0 β-BaB2O4)、三硼 酸鋰(LBO =LiB3O5)和硼酸銫鋰(CLBO =CsLiB4O10)。這些晶體是近年來發(fā)展的硼酸鹽基非線 性光學(xué)晶體，其正在廣泛用作非線性光學(xué)器件，尤其是用于紫外光的應(yīng)用中。適于產(chǎn)生從中 紅外至紫外激光的這些晶體的所選特性列于表1。
權(quán)利要求
1.一種通式包括YiLajAlkB16O48的組合物，其中2. 8彡i彡3. 2，0. 8彡j彡1. 2，i和j 之和為約4并且k為約12。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其中2.96 < i < 3. 08。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的組合物，其中i為約3。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其中0.92彡j彡1. 04。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的組合物，其中j為約1。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其中所述組合物中的22-30、40-48和72-80號元素 的濃度小于lOOOppm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其中所述組合物中的58-70號元素的濃度小于 IOOOppmo
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其中所述組合物為非線性晶體，所述非線性晶體的 特征在于250nm處的光學(xué)透射率大于0. 7。
9.一種用于生長組合物的一種或更多種非線性晶體的方法，所述方法包括提供所述組合物的構(gòu)成組分組，其包括釔源和鋁源；將所述組合物的構(gòu)成組分組與鑭源和硼源混合以形成組分混合物；將所述組分混合物加熱至預(yù)定溫度，由此形成所得熔體；冷卻所述所得熔體；和形成所述組合物的一種或更多種非線性晶體作為所述所得熔體的沉淀物，其中所述一 種或更多種非線性晶體包括YiLajAlkB16O48，其中2. 8彡i彡3. 2，0. 8彡j彡1. 2，i和j之 和為約4并且k為約12。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述構(gòu)成組分組的特征在于預(yù)定量的溶質(zhì)和預(yù) 定量的溶劑，其中鑭對釔的摩爾比大于1.5 1，并且其中所述預(yù)定量的溶質(zhì)對所述預(yù)定量 的溶劑的摩爾比為1 1 1 5。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，還包括將所述所得熔體在所述預(yù)定溫度下保持預(yù)定 時間。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述預(yù)定溫度為約1500K。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中以低于20K/小時的溫度速率來進(jìn)行所述所得熔 體的冷卻。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述組合物的構(gòu)成組分組包括釔源和鋁源。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述釔源包括氧化釔，所述鋁源包括氧化鋁。
16.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述鑭源包括氧化鑭，所述硼源包括氧化硼和硼 酸中的至少其一。
17.—種非線性光學(xué)晶體，所述非線性光學(xué)晶體具有化學(xué)式Y(jié)iI^AlkB16O48,其中 2. 8彡i彡3. 2，0.8彡j彡1.2，i和j之和為約4并且k為約12。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的非線性光學(xué)晶體，其中所述非線性光學(xué)晶體與空間群R32 的三角晶系相關(guān)。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的非線性光學(xué)晶體，其中所述非線性光學(xué)晶體的特征在于體 積大于約1. 0mm3。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的非線性光學(xué)晶體，其中22-30、40-48、58-70和72-80號元素的濃度小于約1000ppm。
全文摘要
提供一種化學(xué)式為YiLajAlkB16O48的非線性光學(xué)晶體，其中2.8≤i≤3.2，0.8≤j≤1.2，i和j之和為約4并且k為約12。該非線性光學(xué)晶體可用于包括變頻的非線性光學(xué)應(yīng)用。在特定實施方案中，非線性光學(xué)晶體的特征在于UV抑制雜質(zhì)(例如某些過渡金屬和鑭系元素)的濃度低于1000ppm，以提供在部分UV譜(例如175-360nm)中的高透射率。
文檔編號C01F17/00GK102036917SQ200980118865
公開日2011年4月27日 申請日期2009年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月11日
發(fā)明者西奧多·阿列凱爾 申請人:深光子學(xué)公司