本發(fā)明涉及化學(xué)式為L(zhǎng)iNaV₂O₆的化合物釩酸鋰鈉光學(xué)晶體，晶體制備方法和利用該晶體制作的光學(xué)器件。

背景技術(shù)：

隨著激光產(chǎn)業(yè)和光纖通訊事業(yè)的迅猛發(fā)展，尋找一種新的具有良好性能的雙折射材料顯得極為迫切。雙折射現(xiàn)象是光在光性非均勻的介質(zhì)晶體中傳播時(shí)表現(xiàn)出來(lái)的重要特性之一。光在光性非均質(zhì)體(如三方晶系、四方晶系，三斜晶系等晶系的晶體)中傳播時(shí)(除了沿光軸方向)，會(huì)改變其振動(dòng)特點(diǎn)，分解為兩個(gè)電場(chǎng)矢量振動(dòng)方向互相垂直，傳播速度不同，折射率不等的兩束偏振光，即o光和e光，這種現(xiàn)象稱(chēng)為雙折射，這樣的晶體稱(chēng)為雙折射晶體。利用雙折射晶體的特性可以得到線偏振光，實(shí)現(xiàn)對(duì)光束的位移等。從而使得雙折射晶體成為制作光隔離器，環(huán)形器，光束位移器，光學(xué)起偏器和光學(xué)調(diào)制器等光學(xué)元件關(guān)鍵材料。常用的雙折射材料主要有釩酸釔，冰洲石，偏硼酸鋇等。其中釩酸釔(YVO₄)單晶是一種具有優(yōu)良物理光學(xué)性能的雙折射晶體材料。該晶體透光范圍寬，透過(guò)率高、雙折射系數(shù)大、并易于加工。因此，YVO₄晶體被廣泛應(yīng)用于光纖通信領(lǐng)域，是光通信無(wú)源器件如光隔離器、旋光器、延遲器、偏振器中的關(guān)鍵材料。冰洲石晶體是一種天然雙折射材料，在可見(jiàn)到近紅外具有比較好的光學(xué)性能。冰洲石可加工產(chǎn)品的尺寸較大，并且價(jià)格實(shí)惠，被廣泛應(yīng)用于偏振器件和補(bǔ)償器件中。偏硼酸鋇(α-BBO)晶體是一種優(yōu)異的雙折射材料，具有非常良好的光學(xué)性能，在紫外到中紅外都具有很好的透過(guò)。α-BBO晶體內(nèi)部質(zhì)量良好，吸收小，并且由于具有良好的紫外透過(guò)，被廣泛應(yīng)用于高消光比、深紫外激光系統(tǒng)中,主要加工成格蘭偏振棱鏡和偏振分束器、補(bǔ)償器等。然而這些材料也都存在著不足之處，例如，YVO₄晶體由于在生長(zhǎng)過(guò)程中有多困難，也不易獲得高質(zhì)量的晶體；冰洲石晶體人工合成難，且易于解離；α-BaB₂O₄由于存在固態(tài)相變，很容易在晶體生長(zhǎng)過(guò)程中開(kāi)裂；總而言之，所存在的這些雙折射材料要么是無(wú)法滿足發(fā)尺寸光學(xué)偏光元件的要求，晶體利用率低，要么就是難生長(zhǎng)。鑒于此，非常有必要尋找一種易于生長(zhǎng)，性能穩(wěn)定且具有較大雙折射率的雙折射晶體。

本發(fā)明合成的化合物釩酸鋰鈉晶體由于其較大的雙折射率，可作為格蘭棱鏡，偏光棱鏡，偏振分束器，光隔離器，環(huán)形器，光束位移器，光學(xué)起偏器和光學(xué)調(diào)制器等。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的在于提供一種化合物釩酸鋰鈉光學(xué)晶體，該晶體的化學(xué)式為L(zhǎng)iNaV₂O₆，分子量為227.81，晶體屬單斜晶系，空間群為C2/c，晶胞參數(shù)為β＝108.965(14)°，Z＝2，

本發(fā)明另一目的在于提供采用高溫熔液法生長(zhǎng)釩酸鋰鈉光學(xué)晶體的制備方法。

本發(fā)明再一個(gè)目的是提供一種釩酸鋰鈉光學(xué)器件的用途，適用于制作光通信元件中的例如格蘭棱鏡，偏光棱鏡，偏振分束器，光隔離器，環(huán)形器，光束位移器，光學(xué)起偏器和光學(xué)調(diào)制器。

本發(fā)明所述的一種化合物釩酸鋰鈉光學(xué)晶體，該晶體的化學(xué)式為L(zhǎng)iNaV₂O₆，分子量為227.81，晶體屬單斜晶系，空間群為C2/c，晶胞參數(shù)為β＝108.965(14)°，Z＝2，

所述的化合物釩酸鋰鈉光學(xué)晶體的制備方法，采用高溫溶液法生長(zhǎng)晶體，具體操作步驟按下列進(jìn)行：

a、將含鋰化合物為碳酸鋰、硝酸鋰或氫氧化鋰，含鈉化合物為碳酸鈉、硝酸鈉或氫氧化鈉和含釩化合物為五氧化二釩按摩爾比Li:Na:V＝1:1:2稱(chēng)取后，放入研缽中，混合并仔細(xì)研磨，然后裝入Φ100mm×100mm的開(kāi)口剛玉坩堝中，將其壓緊，放入馬弗爐中，緩慢升溫至350℃，恒溫12小時(shí)，盡量將氣體趕出，待冷卻后取出坩堝，此時(shí)樣品較之前的松軟，取出樣品重新研磨均勻，再置于坩堝中，在馬福爐內(nèi)于500℃恒溫48小時(shí)，將其取出，放入研缽中搗碎研磨即得釩酸鋰鈉化合物單相多晶粉末，再對(duì)該多晶粉末進(jìn)行X射線分析，所得X射線譜圖與成品LiNaV₂O₆單晶研磨成粉末后的X射線譜圖是一致的；

b、將步驟a得到的化合物釩酸鋰鈉在鉑金坩堝中加熱到熔化，并在溫度650℃恒溫48-100h，再降溫至590-580℃，得到LiNaV₂O₆熔體；

c、以0.5-10℃/h的速率緩慢降溫至室溫，結(jié)晶獲得籽晶或在降溫中使用鉑絲懸掛法獲得小晶體作為籽晶；

d、在化合物熔體表面或熔體中生長(zhǎng)晶體：將步驟c得到的籽晶固定在籽晶桿上，從頂部下籽晶與步驟b所述熔體表面接觸或伸入熔體中，降溫至525－520℃，或?qū)⒉襟Eb化合物熔體直接降溫至525－520℃，再與固定在籽晶桿上籽晶接觸；

e、再以溫度0.1-5℃/天的速率緩慢降溫或恒溫，并以13-17mm/h的速度向上提拉晶體，待單晶生長(zhǎng)到所需尺度后，加大提拉速度，將晶體提離混合熔液表面，并以溫度20-80℃/h速率降至室溫，然后將晶體從爐膛中取出，即可得到釩酸鋰鈉光學(xué)晶體。

所述的釩酸鋰鈉光學(xué)晶體在制備格蘭棱鏡、偏振分束器、補(bǔ)償器、光隔離器或環(huán)形光學(xué)調(diào)制器中的用途。

本發(fā)明所述的化合物釩酸鋰鈉光學(xué)晶體，其化學(xué)式為L(zhǎng)iNaV₂O₆，采用固相反應(yīng)法按下 列化學(xué)反應(yīng)式制備釩酸鋰鈉化合物；

(1)Li₂CO₃+2NaNO₃+2V₂O₅→2LiNaV₂O₆+CO₂↑+N₂O₅↑

(2)Li₂CO₃+Na₂CO₃+2V₂O₅→LiNaV₂O₆+CO₂↑

(3)2LiOH+Na₂CO₃+2V₂O₅→2LiNaV₂O₆+CO₂↑+H₂O↑

(4)LiNO₃+NaNO₃+V₂O₅→LiNaV₂O₆+N₂O₅↑

本發(fā)明所述的化合物釩酸鋰鈉光學(xué)晶體及其制備方法和用途，所獲晶體機(jī)械硬度適中，易于切割、拋光、加工和保存，不溶于水，不潮解，在空氣穩(wěn)定，適于制作光通信元件，例如格蘭棱鏡，偏光棱鏡，偏振分束器，光隔離器，環(huán)形器，光束位移器，光學(xué)起偏器和光學(xué)調(diào)制器等。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明LiNaV₂O₆粉末的x-射線衍射圖；

圖2為本發(fā)明楔形雙折射晶體偏振分束器示意圖；

圖3為本發(fā)明光隔離器示意圖；

圖4為本發(fā)明LiNaV₂O₆光學(xué)晶體照片圖；

圖5為光束位移器示意圖，其中1為入射光，2為o光，3為e光，4為光軸，5為L(zhǎng)iNaV₂O₆晶體，6透光方向，7光軸面。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明：

實(shí)施例1：

按反應(yīng)式Li₂CO₃+2NaNO₃+2V₂O₅→2LiNaV₂O₆+CO₂+N₂O₅↑合成釩酸鋰鈉(LiNaV₂O₆)化合物：

a、將碳酸鋰、硝酸鈉和五氧化二釩按摩爾比1:2:2稱(chēng)取后，放入研缽中，混合并仔細(xì)研磨，然后裝入Φ100mm×100mm的開(kāi)口剛玉坩堝中，將其壓緊，放入馬弗爐中，緩慢升溫至350℃，恒溫12小時(shí)，盡量將氣體趕出，待冷卻后取出坩堝，此時(shí)樣品較之前的松軟，取出樣品重新研磨均勻，再置于坩堝中，在馬福爐內(nèi)于500℃恒溫48小時(shí)，將其取出，放入研缽中搗碎研磨即得釩酸鋰鈉化合物單相多晶粉末，再對(duì)該多晶粉末進(jìn)行X射線分析，所得X射線譜圖與成品LiNaV₂O₆單晶研磨成粉末后的X射線譜圖是一致的；

在高溫熔液中采用提拉法生長(zhǎng)大尺寸LiNaV₂O₆晶體：

b、將合成的LiNaV₂O₆化合物裝入Φ30mm×30mm的開(kāi)口鉑坩堝中，將坩堝放入晶體生長(zhǎng)爐中，升溫至650℃，恒溫48小時(shí)后，再降溫至590℃，得到LiNaV₂O₆熔體；

c、以溫度0.5℃/h的速率緩慢降溫至室溫，結(jié)晶獲得籽晶；

d、在化合物熔體表面生長(zhǎng)晶體：將步驟c得到的籽晶固定在籽晶桿上，從頂部下籽晶，將固定在籽晶桿下端的籽晶從爐頂部小孔導(dǎo)入坩堝，使籽晶與步驟b所述LiNaV₂O₆熔體表面接觸，降溫至520℃；

e、恒溫，以13mm/h的速度向上提拉晶體，待單晶生長(zhǎng)停止后，加大提拉速度，使晶體脫離熔體液面，以溫度20℃/h的速率降至室溫，然后緩慢從爐膛中取出晶體，即可得到尺寸為23mm×20mm×4mm的釩酸鋰鈉(LiNaV₂O₆)光學(xué)晶體。

實(shí)施例2

按反應(yīng)式Li₂CO₃+Na₂CO₃+2V₂O₅→LiNaV₂O₆+CO₂↑合成LiNaV₂O₆化合物：

a、將碳酸鋰、碳酸鈉和五氧化二釩按摩爾比1:1:2稱(chēng)取后，放入研缽中，混合并仔細(xì)研磨，然后裝入Φ100mm×100mm的開(kāi)口剛玉坩堝中，將其壓緊，放入馬弗爐中，緩慢升溫至350℃，恒溫12小時(shí)，盡量將氣體趕出，待冷卻后取出坩堝，此時(shí)樣品較之前的松軟，取出樣品重新研磨均勻，再置于坩堝中，在馬福爐內(nèi)于500℃恒溫48小時(shí)，將其取出，放入研缽中搗碎研磨即得釩酸鋰鈉化合物單相多晶粉末，再對(duì)該多晶粉末進(jìn)行X射線分析，所得X射線譜圖與成品LiNaV₂O₆單晶研磨成粉末后的X射線譜圖是一致的；

在高溫熔液中采用提拉法生長(zhǎng)大尺寸LiNaV₂O₆晶體：

b、將合成的LiNaV₂O₆化合物裝入Φ30mm×30mm的開(kāi)口鉑坩堝中，將坩堝放入晶體生長(zhǎng)爐中，升溫至650℃，恒溫60小時(shí)后，再降溫至588℃，得到LiNaV₂O₆熔體；

c、以溫度3℃/h的速率緩慢降溫至室溫，結(jié)晶獲得籽晶；

d、在化合物熔體中生長(zhǎng)晶體：將步驟c得到的籽晶固定在籽晶桿上，從頂部下籽晶，將固定在籽晶桿下端的籽晶從爐頂部小孔導(dǎo)入坩堝，將籽晶伸入LiNaV₂O₆熔體中，降溫至525℃；

e、再以溫度1℃/天的速率緩慢降溫，以16mm/h的速度向上提拉晶體，待單晶生長(zhǎng)停止后，加大提拉速度，使晶體脫離熔體液面，以溫度40℃/h的速率降至室溫，然后緩慢從爐膛中取出晶體，即可得到尺寸為15mm×8mm×3mm的釩酸鋰鈉(LiNaV₂O₆)光學(xué)晶體。

實(shí)施例3：

按反應(yīng)式2LiOH+Na₂CO₃+2V₂O₅→2LiNaV₂O₆+CO₂↑+H₂O↑合成LiNaV₂O₆化合物：

a、將氫氧化鋰、碳酸鈉和五氧化二釩按摩爾比2:1:2稱(chēng)取后，放入研缽中，混合并仔細(xì)研磨，然后裝入Φ100mm×100mm的開(kāi)口剛玉坩堝中，將其壓緊，放入馬弗爐中，緩慢升溫至350℃，恒溫12小時(shí)，盡量將氣體趕出，待冷卻后取出坩堝，此時(shí)樣品較之前的松軟，取出樣品重新研磨均勻，再置于坩堝中，在馬福爐內(nèi)于500℃恒溫48小時(shí)，將其取出，放入研缽中搗碎研磨即得釩酸鋰鈉化合物單相多晶粉末，再對(duì)該多晶粉末進(jìn)行X射線分析，所得X射線譜圖與成品LiNaV₂O₆單晶研磨成粉末后的X射線譜圖是一致的；

在高溫熔液中采用提拉法生長(zhǎng)大尺寸LiNaV₂O₆晶體：

b、將合成的LiNaV₂O₆化合物裝入Φ30mm×30mm的開(kāi)口鉑坩堝中，將坩堝放入晶體生長(zhǎng)爐中，升溫至650℃，恒溫80小時(shí)后，再降溫至585℃，得到LiNaV₂O₆熔體；

c、以溫度6℃/h的速率緩慢降溫至室溫，在降溫中使用鉑絲懸掛法獲得小晶體作為籽晶；

d、在化合物熔體表面生長(zhǎng)晶體：將步驟c得到的籽晶固定在籽晶桿上，從頂部下籽晶，將固定在籽晶桿下端的籽晶從爐頂部小孔導(dǎo)入坩堝，將步驟b中的化合物熔體直接降溫至525℃，再與固定在籽晶桿上籽晶與LiNaV₂O₆熔體液面接觸；

e、再以溫度0.1℃/天的速率緩慢降溫，以15mm/h的速度向上提拉晶體，待單晶生長(zhǎng)停止后，加大提拉速度，使晶體脫離熔體液面，以溫度60℃/h的速率降至室溫，然后緩慢從爐膛中取出晶體，即可得到尺寸為22mm×9mm×2mm的釩酸鋰鈉(LiNaV₂O₆)光學(xué)晶體。

實(shí)施例4：

按反應(yīng)式LiNO₃+NaNO₃+V₂O₅→LiNaV₂O₆+N₂O₅↑合成Ba₂B₁₀O₁₇化合物：

a、將硝酸鋰、硝酸鈉和五氧化二釩按摩爾比1:1:1稱(chēng)取后，放入研缽中，混合并仔細(xì)研磨，然后裝入Φ100mm×100mm的開(kāi)口剛玉坩堝中，將其壓緊，放入馬弗爐中，緩慢升溫至350℃，恒溫12小時(shí)，盡量將氣體趕出，待冷卻后取出坩堝，此時(shí)樣品較之前的松軟，取出樣品重新研磨均勻，再置于坩堝中，在馬福爐內(nèi)于500℃恒溫48小時(shí)，將其取出，放入研缽中搗碎研磨即得釩酸鋰鈉化合物單相多晶粉末，再對(duì)該多晶粉末進(jìn)行X射線分析，所得X射線譜圖與成品LiNaV₂O₆單晶研磨成粉末后的X射線譜圖是一致的；

在高溫熔液中采用提拉生長(zhǎng)大尺寸LiNaV₂O₆晶體：

b、將合成的LiNaV₂O₆化合物裝入Φ30mm×30mm的開(kāi)口鉑坩堝中，將坩堝放入晶體生長(zhǎng)爐中，升溫至650℃，恒溫100小時(shí)后，再降溫至590℃，得到LiNaV₂O₆熔體；

c、以溫度10℃/h的速率緩慢降溫至室溫，在降溫中使用鉑絲懸掛法獲得小晶體作為籽晶；

d、在化合物熔體中生長(zhǎng)晶體：將籽晶固定在籽晶桿上，從頂部下籽晶，將固定在籽晶桿下端的籽晶從爐頂部小孔導(dǎo)入坩堝，將步驟b中化合物熔體直接降溫至520℃，再將固定在籽晶桿上籽晶伸入到LiNaV₂O₆熔體中；

e、再以溫度5℃/天的速率緩慢降溫，以17mm/h的速度向上提拉晶體，待單晶生長(zhǎng)到所需尺度后，加大提拉速度，使晶體脫離熔體液面，以溫度80℃/h的速率降至室溫，然后緩慢從爐膛中取出晶體，即可得到尺寸為13mm×5mm×2mm的釩酸鋰鈉(LiNaV₂O₆)光學(xué)晶體。

實(shí)施例5：

將實(shí)施例1－4所得任意的LiNaV₂O₆晶體，用于制備楔形雙折射晶體偏振分束器(如圖2所示)，一個(gè)楔形的雙折射晶體，光軸的取向如圖2所示，一束自然光入射后經(jīng)過(guò)晶體可以分成兩束線偏振光，雙折射率越大，兩束光可以分開(kāi)的越遠(yuǎn)，便于光束的分離。

實(shí)施例6：

實(shí)施例1－4所得任意的LiNaV₂O₆晶體，用于制備光隔離器(如圖3所示)，光隔離器，把一個(gè)可將入射光束偏振面旋轉(zhuǎn)45度的法拉第光旋轉(zhuǎn)器置于一對(duì)彼此呈45度交叉放置的雙折射晶體偏轉(zhuǎn)器之間，則可構(gòu)成一臺(tái)光隔離器，它只允許正向傳播的光束通過(guò)該系統(tǒng)，而將反向傳播的光束阻斷；圖3a表示入射的光束可以通過(guò)，圖3b表示反射光被阻止了。

實(shí)施例7：

實(shí)施例1－4所得任意的LiNaV₂O₆晶體，用于制備光束位移器(如圖5所示)，光束位移器，加工一個(gè)雙折射晶體，令其光軸面與棱成一角度θ，如圖5a所示；當(dāng)自然光垂直入射后，可以分成兩束振動(dòng)方向互相垂直的線偏振光，如圖5b所示，分別是o光和e光，雙折率越大，兩束光可以分開(kāi)的越遠(yuǎn)，便于光束的分離。