基于锂钾锶铝硼氧氟晶体的266nm激光输出的用途
阅读说明：本技术 基于锂钾锶铝硼氧氟晶体的266nm激光输出的用途 (266nm laser output application based on lithium potassium strontium aluminum boron oxygen fluorine crystal ) 是由 潘世烈 杨云 黄述朝 于 2020-03-26 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种基于锂钾锶铝硼氧氟晶体的266 nm激光输出的用途,其中该晶体化学式为分子式为K<Sub>3</Sub>Sr<Sub>3</Sub>Li<Sub>2</Sub>Al<Sub>4</Sub>B<Sub>6</Sub>O<Sub>20</Sub>F,分子量为905.82,属于三方晶系,晶体空间群为<I>R</I>32<I>,</I>a=8.6035?,c=24.007?,V=1538.9(2)?<Sup>3</Sup>,采用中部籽晶法生长出大尺寸锂钾锶铝硼氧氟晶体,使用粉末倍频测试方法测量了晶体的相位匹配能力,其粉末倍频效应为1.7KDP,它的紫外吸收边190nm；该K<Sub>3</Sub>Sr<Sub>3</Sub>Li<Sub>2</Sub>Al<Sub>4</Sub>B<Sub>6</Sub>O<Sub>20</Sub>F晶体且具有用于Nd:YAG激光二倍频输出266nm激光的非线性光学的新用途；该晶体物理化学性能稳定、易于加工和保存,可用于制作多种光学器件。(The invention provides application of 266nm laser output based on lithium potassium strontium aluminum boron oxygen fluorine crystal, wherein the chemical formula of the crystal is K 3 Sr 3 Li 2 Al 4 B 6 O 20 F, molecular weight of 905.82, belonging to trigonal system, and crystal space group R 32 ， a=8.6035Å，c=24.007Å，V=1538.9(2)Å 3 The method comprises the steps of growing a large-size lithium potassium strontium aluminum boron oxygen fluorine crystal by adopting a middle seed crystal method, measuring the phase matching capability of the crystal by using a powder frequency doubling test method, wherein the powder frequency doubling effect is 1.7KDP, and the ultraviolet absorption edge of the powder frequency doubling test method is 190 nm; the K is 3 Sr 3 Li 2 Al 4 B 6 O 20 The F crystal has a new application of nonlinear optics for frequency doubling output of 266nm Nd-YAG laser; the crystal is in physical chemistryStable performance, easy processing and storage, and can be used for manufacturing various optical devices.)
技术领域
本发明涉及一种基于锂钾锶铝硼氧氟晶体的266nm激光输出中的用途。
背景技术
在当前高速发展的信息时代，对制造手段能够实现更精密、更微细的处理加工能力，已经成为追逐的主流技术方向。而更短波长和更短脉宽的激光技术，是实现上述目标的一个重要分支技术。全固态266nm波长的紫外激光在精密、微细制造以及科学研究、大气探测和军事、医学领域，展现了极其优异的特性，正在得到人们的广泛关注和迫切需求。制约紫外266nm激光器的主要因素是现有的非线性晶体易潮解等而影响使用寿命。申请人合成筛选出潜在的能应用于266nm激光应用的硼酸盐非线性光学晶体。而硼酸盐体系尤其是含卤素体系存在粘度大、易挥发、生长温度高等实际的问题。而生长晶体存在生长出大尺寸、高光学质量的单晶是进一步研究非线性光学材料性能及评估其应用的前提。因此根据晶体生长习性，深入研究晶体生长技术和工艺，解决晶体生长过程中的不透明、生长速度慢、容易相变等问题，制备出大尺寸高质量晶体，加工光学器件，对于充分评估晶体的应用价值、开发新型实用化晶体材料具有重要科学意义和技术借鉴。
参考文献：
1、Hongping Wu,Hongwei Yu,Shilie Pan*,P.Shiv Halasyamani*,"Deep-Ultraviolet Nonlinear-Optical Material K3Sr3Li2Al4B6O20F:Addressing theStructural Instability Problem in KBe2BO3F2",Inorg.Chem.,2017,56,8755–8758；.
2、锂钾锶铝硼氧氟和锂钾锶铝硼氧氟非线性光学晶体及制备方法和用途，专利号201710106672.4。
发明内容
本发明目的在于，为解决全固态Nd:YAG激光四倍频266nm激光输出的晶体材料的需要，提供一种基于锂钾锶铝硼氧氟晶体的266nm激光输出的用途，本发明是在专利号201710106672.4的基础上的进一步研究，实现了锂钾锶铝硼氧氟晶体用于Nd:YAG激光四倍频266nm激光输出的新用途。另外K3Sr3Li2Al4B6O20F晶体无色透明，在空气中不潮解，物理化学性能稳定，易于加工和保存，可将在各种非线性光学领域中获得广泛应用，并将开拓紫外波段的非线性光学应用。用于制作多种光学器件。
本发明所述的一种基于锂钾锶铝硼氧氟晶体在制备266nm激光输出的用途。
所述锂钾锶铝硼氧氟晶体的透光范围为190-3500nm；在406nm，514nm，535nm，636nm，965nm，1547nm及变温20℃，40℃，60℃，80℃的双折射率为0.054-0.065。
本发明所述的一种基于锂钾锶铝硼氧氟晶体的266nm激光输出的用途，其中该晶体化学式为分子式为K3Sr3Li2Al4B6O20F，分子量为905.82，属于三方晶系，晶体空间群为R32，采用顶部籽晶法生长出大尺寸锂钾锶铝硼氧氟晶体，使用粉末倍频测试方法测量了晶体的相位匹配能力，其粉末倍频效应为1.7KDP，它的紫外吸收边190nm；该K3Sr3Li2Al4B6O20F晶体能够实现Nd:YAG(1064nm)的4倍频谐波发生器。
本发明所述的一种基于锂钾锶铝硼氧氟晶体的266nm激光输出的用途，所述锂钾锶铝硼氧氟晶体在298K的热膨胀系数为3.5/MK；透光范围为190-3500nm；双折射率为0.055(@1064nm)；单晶的莫式硬度为8-9；变温双折射率在20-80℃稳定。
本发明所述的一种基于锂钾锶铝硼氧氟晶体的266nm激光输出的用途，所述的锂钾锶铝硼氧氟单晶的制备方法，具体操作按下列步骤进行：
a、将含锂化合物为LiF或Li2CO3，含K化合物为KF或K2CO3，含Sr化合物为Sr F2或SrCO3，含Al化合物为Al2O3，和含硼化合物为H3BO3和B2O3按摩尔比Li:K:Sr:Al:B:O:F＝1-3:2-6:1-5:2-5:4-7:10-25:1-5称取后，仔细研磨，混合均匀后，将样品装入铂金坩埚中；
b、将步骤a中的铂金坩埚，加热至800-900℃，恒温20-80小时，再降温至730-780℃，得到锂钾锶铝硼氧氟与助熔剂的混合熔体，再以0.5-10℃的速率缓慢降至室温，结晶获得籽晶或在降温中使用铂丝悬挂法获得小晶体作为籽晶；
c、在化合物与助溶剂的混合熔体中生长晶体：将步骤b籽晶固定在籽晶杆上，降温至730-740℃，从中部下籽晶与步骤a在坩埚制备的化合物与助溶剂的混合熔体内1-10mm处，以0－10℃/天的速率降温，以0-100rpm的转速旋转籽晶杆或旋转坩埚；
d、待单晶生长停止后，加大提拉速度，使晶体脱离熔体液面，以1-100℃/h的速率降至室温，然后缓慢从炉膛中取出晶体；即得到锂钾锶铝硼氧氟非线性光学晶体。
本发明所述的锂钾锶铝硼氧氟晶体在光电器件中的用途，例如用于非线性光学器件、深紫外窗口器件等领域。
本发明所述的一种基于锂钾锶铝硼氧氟晶体的266nm激光输出的用途，其有益效果为：在266nm激光输出中具有独特效果。
附图说明
图1为本发明的变温双折射率图；
图2为本发明的光学性能表征图，其中(a)为器件，(b)为266nm出光图谱；
图3为本发明的266nm输出光工作原理图。
具体实施方式
以下将结合具体实施例对本发明做更进一步的详细说明。下列实施例仅为示例性地说明和解释本发明，而不应被解释为对本发明保护范围的限制。凡给予本发明上述内容所实现的技术均涵盖在本发明旨在保护的范围内。
实施例1
中部籽晶法生长大尺寸锂钾锶铝硼氧氟晶体晶体：
a、将LiF，KF，SrCO3，Al2O3和H3BO3按摩尔比Li:K:Sr:Al:B:O:F＝1:2:1:2:4:10:1称取后，仔细研磨，混合均匀后，将样品装入铂金坩埚中；
b、将步骤a中的铂金坩埚，装入Φ80mm×80mm的开口铂坩埚中，将坩埚放入晶体生长炉中，升温至800℃，恒温30小时后，降温至730℃，得到锂钾锶铝硼氧氟与助熔剂的混合熔体，再以0.5-10℃的速率缓慢降至室温，结晶获得籽晶或在降温中使用铂丝悬挂法获得小晶体作为籽晶；
c、在混合熔体中生长晶体：将步骤b籽晶固定在籽晶杆上，降温至730-740℃，从中部下籽晶与混合熔体内1mm处，以10/天的速率降温，以100rpm的转速旋转籽晶杆；
d、待单晶生长停止后，加大提拉速度，使晶体脱离熔体液面，以80℃/h的速率降至室温，然后缓慢从炉膛中取出晶体；即得到尺寸为35mm×20mm×10mm的锂钾锶铝硼氧氟非线性光学晶体。
实施例2
中部籽晶法生长大尺寸锂钾锶铝硼氧氟晶体晶体：
a、将Li2CO3，K2CO3，Sr F2，Al2O3和B2O3按摩尔比Li:K:Sr:Al:B:O:F＝3:6:5:5:7:25:5称取后，仔细研磨，混合均匀后，将样品装入Φ100mm×100mm铂金坩埚中；
b、将步骤a中的铂金坩埚放入晶体生长炉中，加热至800℃，恒温80小时，再降温至74℃，得到锂钾锶铝硼氧氟与助熔剂的混合熔体，再以10℃的速率缓慢降至室温，在降温中使用铂丝悬挂法获得小晶体作为籽晶；
c、在化合物与助溶剂的混合熔体中生长晶体：将步骤b籽晶将沿任意轴切割的K3Sr3Li2Al4B6O20F籽晶用铂丝固定在籽晶杆下端，从炉顶部小孔将籽晶导入坩埚，使籽晶浸入熔体中10mm处，降温至735℃，以0℃/天的速率恒温，以70rpm的转速旋转籽晶杆；
d、待单晶生长停止后，加大提拉速度，使晶体脱离熔体液面，以20℃/h的速率降至室温，然后缓慢从炉膛中取出晶体；即得到尺寸为16mm×16mm×13mm的锂钾锶铝硼氧氟非线性光学晶体。
实施例3
中部籽晶法生长大尺寸锂钾锶铝硼氧氟晶体晶体：
a、将LiF，K2CO3，Sr F2，Al2O3和B2O3按摩尔比Li:K:Sr:Al:B:O:F＝2:5:4:4:5:20:4称取后，仔细研磨，混合均匀后，将样品装入Φ100mm×100mm的开口铂金坩埚中；
b、将步骤a中的铂金坩埚放入晶体生长炉中，升温至900℃，恒温20小时后，降温至780℃，得到锂钾锶铝硼氧氟与助熔剂的混合熔体，再以1℃的速率缓慢降至室温，结晶获得籽晶；
c、在化合物与助溶剂的混合熔体中生长晶体：将步骤b籽晶将沿c轴切割的K3Sr3Li2Al4B6O20F籽晶用铂丝固定在籽晶杆下端，从炉顶部小孔将籽晶导入坩埚，使籽晶进入混合熔体液面下4mm，以1℃/天的速率降温至732℃，以20rpm的转速旋转籽晶杆；
d、待单晶生长停止后，加大提拉速度，使晶体脱离熔体液面，以40℃/h的速率降至室温，然后缓慢从炉膛中取出晶体；即得到尺寸为55mm×55mm×2mm的锂钾锶铝硼氧氟非线性光学晶体。
实施例4
中部籽晶法生长大尺寸锂钾锶铝硼氧氟晶体晶体：
a、将Li2CO3，KF，SrF2，Al2O3和B2O3按摩尔比Li:K:Sr:Al:B:O:F＝2:5:4:4:6:22:3称取后，仔细研磨，混合均匀后，将样品装入放入Φ60mm×60mm的开口铂金坩埚中；
b、将步骤a中的铂金坩埚放入晶体生长炉中，升温至850℃，恒温40小时后，降温至760℃，得到锂钾锶铝硼氧氟与助熔剂的混合熔体，再以5℃的速率缓慢降至室温，在降温中使用铂丝悬挂法获得小晶体作为籽晶；
c、在化合物与助溶剂的混合熔体中生长晶体：将坩埚沿任意轴切割的K3Sr3Li2Al4B6O20F籽晶用铂丝固定在籽晶杆下端，从炉顶部小孔将籽晶导入坩埚，使籽晶浸入混合熔体中8mm处，降温至736℃，籽晶杆旋转速度为0(不旋转)，以0℃/天的速率降温(恒温)；
d、待单晶生长停止后，加大提拉速度，使晶体脱离熔体液面，以100℃/h的速率降至室温，然后缓慢从炉膛中取出晶体；即得到尺寸为Φ35mm×35mm×17mm的锂钾锶铝硼氧氟非线性光学晶体。
实施例5
将实施例1－5所得的任意的K3Sr3Li2Al4B6O20F晶体按相匹配方向加工一块尺寸5mm×5mm×6mm的倍频器件，按附图3所示安置在266nm晶体的位置上，在室温下，用调Q Nd:YAG激光器作光源，入射波长为532nm，由调Q Nd:YAG激光器发出波长为532nm的光束射入K3Sr3Li2Al4B6O20F单晶，产生波长为266nm的紫外倍频光，输出强度为同等条件KDP的1倍左右，出射光束含有波长为532nm和266nm光，经滤波片滤去后得到波长为266nm的激光。
实施例6
K3Sr3Li2Al4B6O20F单晶的光学性能表征
(1)室温下使用双折射率测试仪，对K3Sr3Li2Al4B6O20F c方向晶片测试，结果表明，K3Sr3Li2Al4B6O20F晶体在532nm下双折射率为0.055。当温度升高时，采取20,4，60,80℃时测试双折射率，测试结果表明，该晶体在变温情况下稳定。
(2)采用岛津深紫外-可见-红外光谱仪，表征了实施例1中所得K3Sr3Li2Al4B6O20F晶体的紫外吸收边，结果表明：K3Sr3Li2Al4B6O20F晶体的紫外吸收边为190nm。
(3)室温下，将实施例1中生长得到的K3Sr3Li2Al4B6O20F晶体置于空气中放置一个月后，没有明显的吸潮现象，将实施例1生长得到的K3Sr3Li2Al4B6O20F晶体称重得2.05g，于水中放置一个月，取出晾干，称重仍然2.05g，没有质量变化；
对K3Sr3Li2Al4B6O20F晶体就行切割加工没没有发现开裂问题。
说明K3Sr3Li2Al4B6O20F晶体具有稳定的物理化学性能、不易潮解、机械性能好、易于加工。
由于现在能够产业化的有266nm激光输出的晶体只有硼酸锂铯(CLBO)和硼酸钡(BBO)两种晶体，而本发明所述的一种基于锂钾锶铝硼氧氟晶体能够测出实现266nm激光输出是不多见的，具有很好的应用和产业化的潜力。