非線性光學(xué)材料鈮酸鉛鋰及其粉體制備方法與應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種非線性光學(xué)材料鈮酸鉛鋰，其分子式為Pb2.15_xLia7+2xNb5015，其中O ^ 0.05,以及該材料粉體等的制備方法和應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]激光具有優(yōu)越的相干性、單色性和高的能量密度，被廣泛應(yīng)用于民用、科研和軍事的各個領(lǐng)域。例如激光打印、激光刻錄、激光檢測與計量技術(shù)、激光雷達(dá)、激光全息技術(shù)，非線性光學(xué)等等。激光可以通過固體激光器、液體激光器、氣體激光器等直接產(chǎn)生，但這些方式所獲得激光波長有限，不能滿足需要。一種獲得新的激光波長的有效方式是采用非線性光學(xué)晶體對現(xiàn)有波長的激光進(jìn)行波長轉(zhuǎn)換。通過幾十年的探索，一批優(yōu)秀的非線性光學(xué)晶體材料被開發(fā)了出來，如 BBO Cb-BaB2O4), LBO (LiB3O5), KTP(KT1PO4)jLN(LiNbO3)以及后來發(fā)現(xiàn)的KBBF (K2BeBO3F2)等，它們在激光器多倍輸出，差頻、混頻輸出等各個方面展現(xiàn)了極大的應(yīng)用價值，并實(shí)現(xiàn)了小于200nm的深紫外輸出。雖然這些材料已經(jīng)能夠基本滿足人們應(yīng)用的需求，但也都有各自的不足，如光轉(zhuǎn)換效率不高、晶體易潮解、層狀生長習(xí)性以及價格昂貴等。因此，探索新的具有優(yōu)異性能的非線性光學(xué)材料仍然是一項(xiàng)重要的工作。能夠適合于應(yīng)用的非線性光學(xué)材料需滿足以下要求:(I)具有大的非線性光學(xué)系數(shù)；(2)能夠?qū)崿F(xiàn)相位匹配；(3)光損傷閾值高；(4)易于獲得大尺寸晶體，等等。
[0003]關(guān)于Pb2.15_xLiQ.7+2xNb5015，其中O彡X彡0.05的化合物，目前并沒有直接的報道。前蘇聯(lián)報道過Pb2LiNb5O15化合物(Ferroelectrics，1991，124，85等)，但其報道的化學(xué)式“Pb2LiNb5015”與本發(fā)明不同，按照“Pb2LiNb5015”來合成并不能得到單一物相；而且文獻(xiàn)并沒有對晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行解析，其提出的結(jié)構(gòu)模型與本發(fā)明不同。此外，文獻(xiàn)沒有非線性光學(xué)性能方面的報告。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種具有強(qiáng)的非線性光學(xué)性能的材料鈮酸鉛鋰及其粉體制備方法和應(yīng)用，其化學(xué)式為Pb2.15_xLia7+2xNb5015,其中O彡X彡0.05。
[0005]本發(fā)明的具體技術(shù)方案如下:
本發(fā)明所述非線性光學(xué)材料鈮酸鉛鋰Pb2.15_xLia7+2xNb5015* Pb與Li有一定的固溶度范圍，該化合物可在O < X < 0.05形成單一物相。正交晶系，空間群為Pn2im。在x=0時其化學(xué)式為 Pb215Litl 7Nb5O15,晶胞參數(shù)為 a=12.3823A，b=12.6687A，c=7.662lA，Z=4。
[0006]本發(fā)明所述非線性光學(xué)材料鈮酸鉛鋰為四方鎢青銅結(jié)構(gòu)，由NbO6A面體共頂點(diǎn)組成層狀骨架，Pb ,Li則分別填充在五邊形、四邊形孔洞中。
[0007]在室溫下，用Nd:YAG激光器作光源，入射波長在1064nm的紅外光，產(chǎn)生強(qiáng)烈的532nm綠光。其粉體倍頻信號強(qiáng)度是同尺寸(120 μ m)鈮酸鋰的1_2倍，且滿足I型相位匹配。
[0008]本發(fā)明所述非線性光學(xué)材料鈮酸鉛鋰為鐵電體，具有鐵電體所特有的電滯回線。
[0009]本發(fā)明所述非線性光學(xué)材料鈮酸鉛鋰的粉體制備方法，采用固相法，步驟如下: 將原料按化學(xué)計量比混合。原料是含有各元素的碳酸鹽、硝酸鹽、有機(jī)鹽或者氧化物。
[0010]高溫?zé)Y(jié)，溫度在1150-1250°C，保溫時間在2_10小時，升溫速率不限，降溫速率為 2°C /min0
[0011]本發(fā)明所述非線性光學(xué)材料鈮酸鉛鋰的制備方法中，特別注意的是:在1100-700 °C的溫區(qū)降溫速率必須控制在大于1°C /min，過慢的降溫速率會導(dǎo)致雜相LiNb03、PbNb206 的生成。
[0012]本發(fā)明所述非線性光學(xué)材料鈮酸鉛鋰作為一種具有優(yōu)異非線性光學(xué)性能的極性材料，預(yù)期在光盤刻錄、激光器件、可見-近紅外激光通訊、可見-近紅外激光倍頻等高科技民用和軍事領(lǐng)域中，具有重要的應(yīng)用價值。
【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明所述非線性光學(xué)材料鈮酸鉛鋰Pb2.15LiQ.7Nb5015#晶粉末X射線衍射圖譜與基于其晶體結(jié)構(gòu)模擬的X射線衍射圖譜；
圖2是本發(fā)明所述非線性光學(xué)材料鈮酸鉛鋰Pb2.15LiQ.7Nb5015的晶體結(jié)構(gòu)圖；
圖3是本發(fā)明所述非線性光學(xué)材料鈮酸鉛鋰？132.151^.7他5015粉體的SHG強(qiáng)度比較圖； 圖4是本發(fā)明所述非線性光學(xué)材料鈮酸鉛鋰Pb2.15Lia7Nb50j^鐵電性能測試結(jié)果。
【具體實(shí)施方式】
[0014]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0015]實(shí)施例1
制備本發(fā)明所述非線性光學(xué)材料鈮酸鉛鋰Pb2.15LiQ.7Nb5015化合物粉體采用固相反應(yīng)法合成，反應(yīng)方程式如下:
2.15 Pb0+0.35 Li2C03+2.5 Nb2O5 = Pb2.15Li0 7Nb5015 + 0.35 CO2 ? 具體操作按下列步驟進(jìn)行:
稱取摩爾比為2.15: 0.35: 2.5的Pb0、Li2C03及Nb 205粉末1g,并用研缽將其研磨均勻，裝入15mL的剛玉陶瓷坩禍中，壓實(shí)，置于馬弗爐中，以5°C /min的速率升溫至750°C并恒溫3h。隨爐降溫至室溫后取出樣品重新研磨，并在200MPa的壓力下制成Φ=15πιπι，h=5mm的塊體。將塊體置于馬弗爐中以5°C /min的速率升至1150_1250°C，保溫2_5h后關(guān)閉電源，隨爐冷卻至室溫。X射線衍射結(jié)果表明，得到的產(chǎn)物為Pb2.15Li0.7Nb5015純相。
[0016]實(shí)施例2
制備本發(fā)明所述非線性光學(xué)材料鈮酸鉛鋰Pb2.Aia8Nb5O15化合物粉體采用固相反應(yīng)法合成，反應(yīng)方程式如下:
2.1 PbO + 0.4 Li2CO3 + 2.5 Nb2O5 = Pb2.!Li0 8Nb5O15 + 0.4 CO2 ? 具體操作按下列步驟進(jìn)行:
稱取摩爾比為2.1: 0.4: 2.5的？130、1^20)3及恥205粉末1(^，并用研缽將其研磨均勻，裝入15mL的剛玉陶瓷坩禍中，壓實(shí)，置于馬弗爐中，以5°C /min的速率升溫至750°C并恒溫3h。隨爐降溫至室溫后取出樣品重新研磨，并在200MPa的壓力下制成0=15mm，h=5mm的塊體。將塊體置于馬弗爐中以5°C /min的速率升至1150-1250 °C，保溫2_5h后關(guān)閉電源，隨爐冷卻至室溫。X射線衍射結(jié)果表明，得到的產(chǎn)物為Pb2.15LiQ.7Nb5015純相。
[0017]實(shí)施例3
制備本發(fā)明所述非線性光學(xué)材料鈮酸鉛鋰Pb2.15LiQ.7Nb5015化合物粉體采用固相反應(yīng)法合成，反應(yīng)方程式如下:
2.15 PbC03+0.35 Li2CO3 + 2.5 Nb2O5=Pb2.15Li0.7Nb5015 + 2.5 CO2 ? 具體操作按下列步驟進(jìn)行:
稱取摩爾比為2.15:0.35:2.5的PbC03、Li2C03及Nb 205粉末10g，并用研缽將其研磨均勻，裝入15mL的剛玉陶瓷坩禍中，壓實(shí)，置于馬弗爐中，以5°C /min的速率升溫至750°C并恒溫3h。隨爐降溫至室溫后取出樣品重新研磨，并在200MPa的壓力下制成0=15mm，h=5mm的塊體。將塊體置于馬弗爐中以5°C /min的速率升至1150-1250 °C，保溫2_5h后關(guān)閉電源，隨爐冷卻至室溫。X射線衍射結(jié)果表明，得到的產(chǎn)物為Pb2.15LiQ.7Nb5015純相。
[0018]實(shí)施例4
制備本發(fā)明所述非線性光學(xué)材料鈮酸鉛鋰Pb2.15LiQ.7Nb5015化合物粉體采用固相反應(yīng)法合成，反應(yīng)方程式如下:
2.15 Pb (NO3) 2 + 0.35 Li2CO3 + 2.5 Nb2O5 = Pb215Li0 7Nb5O15 + 0.35 CO2 ? + 2.15
N2!
具體操作按下列步驟進(jìn)行:
稱取摩爾比為2.15: 0.35: 2.5的？13(勵3)2、1^20)3及恥205粉末1(^，并用研缽將其研磨均勻，裝入15mL的剛玉陶瓷坩禍中，壓實(shí)，置于馬弗爐中，以5°C /min的速率升溫至750°C并恒溫3h。隨爐降溫至室溫后取出樣品重新研磨，并在200MPa的壓力下制成Φ=15ι?πι，h=5mm的塊體。將塊體置于馬弗爐中以5°C /min的速率升至1150_1250°C，保溫2-5h后關(guān)閉電源，隨爐冷卻至室溫。X射線衍射結(jié)果表明，得到的產(chǎn)物為Pb2.15Li0.7他5015純相。
[0019]實(shí)施例5
制備本發(fā)明所述非線性光學(xué)材料鈮酸鉛鋰Pb2.15LiQ.7Nb5015化合物粉體采用固相反應(yīng)法合成，反應(yīng)方程式如下:
2.15 C4H6O4Pb + 0.35 Li2CO3 + 2.5 Nb2O5 = Pb215Li0 7Nb5O15 + 8.95 CO2 ?