專利名稱：釩鈮酸釔鈣單晶及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光電子功能材料技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及作為激光器中的非線性光學(xué)晶體材料。
背景技術(shù)：
具有非線性光學(xué)效應(yīng)的晶體稱為非線性光學(xué)晶體。這里非線性光學(xué)效應(yīng)是指倍頻、差頻、和頻和參量放大等效應(yīng)。非線性光學(xué)晶體材料是激光技術(shù)中廣泛使用的一種晶體材料，它主要用于對激光波長進行變頻，擴展激光器的可調(diào)諧頻率范圍，從而使激光器得到更廣泛的應(yīng)用。目前，得到廣泛應(yīng)用的主要是倍頻、差頻、和頻等技術(shù)，它通常采用一塊專門的非線性光學(xué)晶體，置于激光束前面來改變激光束的輸出波長。經(jīng)過幾十年來各國科學(xué)家的努力，目前已發(fā)現(xiàn)了許多非線性光學(xué)晶體，并有一些非線性光學(xué)晶體得到了實際應(yīng)用，如KDP (KH2PO4)' KTP (KTiOPO4)、LBO (LiB3O5)、 BBOW -BaB2O4)、LiNbO3等，但因各種原因，尚未得到各波段均適用的非線性光學(xué)晶體，因此尋找優(yōu)良的新型非線性光學(xué)晶體材料已成為晶體材料領(lǐng)域的難點和前沿方向之一。

發(fā)明內(nèi)容
非線性光學(xué)晶體釩鈮酸釔鈣及其制備方法，本發(fā)明的目的就在于研制一種新的非線性光學(xué)晶體材料，它具有較大的非線性光學(xué)系數(shù)，能適用于可見光和近紅外光區(qū)域的變頻材料。本發(fā)明的技術(shù)方案如下具體的化學(xué)反應(yīng)式18CaC03+Y203+7 (1-x) V205+7xNb205=2Ca9Y (VhNbxO 4)7+18C02所用的原料純度及廠家如下
名 I純度 I廠家
YA_99. 99% 中科院長春應(yīng)用化學(xué)研究所_
CaCO,99. 50% 上海泗聯(lián)化學(xué)試劑廠
m99^5% 中國醫(yī)藥集團上?；瘜W(xué)試劑公司
NbaO5|99. 95% I中國醫(yī)藥集團上?；瘜W(xué)試劑公司f凡銀酸乾I丐Ca9Y(V1^NbxO4) 7 (x=0. 01-0. 5)是一種新型的非線性光學(xué)晶體材料，它具有和Ca3(VO4)2相似的結(jié)構(gòu)形式，是一種同成分熔化的化合物，因此可用提拉法(Czochralski方法)來生長。具體的生長過程如下晶體生長原料的合成采用傳統(tǒng)的固相合成方法進行合成。初始原料為CaCO3、Y203、V205和Nb2O5,根據(jù)分子式Ca9Y (V1^xNbxO4) 7，選定需要的x值，按化學(xué)計量比稱取原料，在球磨機中研磨攪拌均勻，壓制成塊料；將塊料置于剛玉杯中，在馬弗爐中以150°C /h的升溫速率升溫至800°C，恒溫800°C合成24小時，取出重新研磨混合均勻，壓片，200°C /h的升溫速率升溫至1200°C，在1200°C恒溫合成24小時，冷卻后，取出，用于晶體生長。
提拉法生長釩鈮酸釔鈣Ca9Y (VhNbxO4) 7(x=0. 01-0. 5)晶體，其主要生長條件如下生長在鉬金坩堝或銥金坩鍋中進行，空氣或惰性氣體(如N2、Ar等)氣氛下進行，晶體生長的參數(shù)為生長溫度1500で，提升速度為0.5 2.0毫米/小時，晶體轉(zhuǎn)速為1(Γ30轉(zhuǎn)/分鐘。我們經(jīng)過實驗找到了采用提拉法生長釩鈮酸釔鈣晶體的較理想的生長條件，井生長出了高質(zhì)量、較大尺寸的釩鈮酸釔鈣晶體(見實施例)。將生長出的Ca9Y(VhNbxO4)^as.,在四圓衍射儀上進行了衍射數(shù)據(jù)的收集，結(jié)構(gòu)分析表明，其屬于三方晶系，具有R3空間群結(jié)構(gòu)，其晶胞參數(shù)為a=10. 87，c=38. 08 A, Z=6, Dc=3. 53g/cm3。將生長出的Ca9Y(VhNbxO4)^as體，進行了透過率、機械、熱學(xué)、折射率以及非線性光學(xué)系數(shù)等的分析測試，結(jié)果表明=Ca9Y(VhNbxO4)7晶體的非線性光學(xué)系數(shù)為KDP晶體的2-8倍，其在可見和近紅外波段的透過率大于80%，晶體硬度為566. 1HV，其熱學(xué)性質(zhì)和已經(jīng)獲得廣泛應(yīng)用的激光晶體YVO4相當(dāng)，計算表明其可實現(xiàn)室溫下的I類相位匹配。 Ca9Y(VhNbxO4)^as體在非線性光學(xué)系數(shù)、透光范圍等物化性能方面均具有較理想的數(shù)值，且其易于生長出較好光學(xué)質(zhì)量的晶體，生長成本低。因此，Ca9Y(VhNbxO4)7晶體有望成為ー個好的非線性光學(xué)晶體，適用于可見光和近紅外光區(qū)域激光的變頻，制成可見光到近紅外光區(qū)的諧波發(fā)生器件和可見光到近紅外光區(qū)的光波導(dǎo)器件，并得到實際應(yīng)用。
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施例，對本發(fā)明作進ー步說明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護范圍。實施例I :提拉法生長Ca9Y (Va99NbatllO4) 7晶體。將按Ca9Y(Va99NbatllO4)7的化學(xué)計量比準(zhǔn)確稱量好的CaC03、Y2O3> V2O5和Nb2O5混合研磨均勻，壓片后，在馬弗爐中于800°C固相反應(yīng)24小時，取出后，再研磨、壓片，升溫至12000C反應(yīng)24小時。將合成好的以上樣品裝入Φ 45X 35mm3的銥金坩鍋中，放入提拉爐中，采用提拉法，在N2氣氛中，生長溫度為1500°C、晶體轉(zhuǎn)速為10轉(zhuǎn)/分鐘，拉速為O. 8毫米/小時的情況下，生長出了尺寸為Φ 25 X 20mm3的高質(zhì)量的Ca9Y(Va99NbacilO4)^dt經(jīng)檢測，其倍頻系數(shù)約為2. 5倍KDP。實施例2 :提拉法生長Ca9Y (V0.9Nb0. A) 7晶體。將按Ca9Y(Va9NbaiO4)7的化學(xué)計量比準(zhǔn)確稱量好的CaC03、Y2O3> V2O5和Nb2O5混合研磨均勻，壓片后，在馬弗爐中于800°C固相反應(yīng)24小時，取出后，再研磨、壓片，升溫至1200°C反應(yīng)24小時。將合成好的以上樣品裝入Φ 35X 30mm3的鉬金坩鍋中，放入提拉爐中，采用提拉法，在空氣氣氛中，生長溫度為1500°C、晶體轉(zhuǎn)速為20轉(zhuǎn)/分鐘，拉速為I毫米/小時的情況下，生長出了尺寸為Φ20Χ18πιπι3的高質(zhì)量的Ca9Y(Va9NbtllO4)7晶體。經(jīng)檢測，其倍頻系數(shù)約為3. 8倍KDP。實施例3 提拉法生長Ca9Y (V0.5Nb0.504) 7晶體。將按Ca9Y(Va5Nba5O4)7的化學(xué)計量比準(zhǔn)確稱量好的CaC03、Y2O3> V2O5和Nb2O5混合研磨均勻，壓片后，在馬弗爐中于800°C固相反應(yīng)24小時，取出后，再研磨、壓片，升溫至1200°C反應(yīng)24小時。將合成好的以上樣品裝入Φ 45X 35mm3的銥金坩鍋中，放入提拉爐中，采用提拉法，在Ar氣氛中，生長溫度為1500°C、晶體轉(zhuǎn)速為30轉(zhuǎn)/分鐘，拉速為I. 2毫米/小時的情況下，生長出了尺寸為Φ 23 X 20mm3的高質(zhì)量的Ca9Y(Va99NbacilO4)^dt經(jīng)檢測，其倍頻系數(shù)約為6倍KD P。
權(quán)利要求
1.釩鈮酸釔鈣單晶，其特征在于該晶體的分子式為Ca9Y(UbxO4)7，其中X為晶體中Nb的濃度，x=0. 01-0. 5mol,晶體屬于三方晶系，空間群為R3，其晶胞參數(shù)為a=10. 87，c=38. 08 A, Z=6, Dc=3. 53g/cm3。
2.權(quán)利要求I的釩鈮酸釔鈣單晶的制備方法，采用提拉法生長，生長條件為空氣或惰性氣體氣氛下進行，生長溫度1500°C，10-30轉(zhuǎn)/分鐘的晶體轉(zhuǎn)速，0. 5-2毫米/小時的拉速。
全文摘要
本發(fā)明提供釩鈮酸釔鈣單晶及其制備方法。該晶體的分子式為Ca9Y(V1-xNbxO4)7，其中x為晶體中Nb的濃度，x=0.01-0.5mol，晶體屬于三方晶系，空間群為R3，其晶胞參數(shù)為a=10.87, c=38.08 , Z=6, Dc=3.53g/cm3。
文檔編號C30B29/30GK102828248SQ20121020111
公開日2012年12月19日 申請日期2012年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月18日
發(fā)明者林州斌, 苑菲菲, 張莉珍, 黃溢聲, 王國富 申請人:中國科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所