本發(fā)明涉及化合物硼酸鈉鋰lina4b15o25和硼酸鈉鋰光學(xué)晶體，及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)：

硼酸鹽化合物的多樣性及眾多優(yōu)異的性質(zhì)引起了越來越多學(xué)者的關(guān)注。硼酸鹽多樣的結(jié)構(gòu)為多樣的性質(zhì)提供了良好的物質(zhì)基礎(chǔ)，如較大的雙折射率，較大的非線性效應(yīng)，較高的熒光發(fā)光效率和穩(wěn)定性及其它很多特殊的性質(zhì)。大量的硼酸鹽被廣泛研究，如cbo、bbo、lbo、kbbf等。雖然這些材料的晶體生長技術(shù)已日趨成熟，但仍存在著明顯的不足之處：如生長周期長、易潮解、層狀生長習(xí)性嚴(yán)重、價格昂貴等。因此，合成新的光學(xué)晶體材料仍然是一個非常重要而艱巨的工作。

在發(fā)展新型光學(xué)晶體時，人們?nèi)匀贿x擇透光范圍寬的硼酸鹽晶體，并且為了進(jìn)一步的拓寬透光范圍，使其紫外截止邊能達(dá)到深紫外，使用沒有d-d電子躍遷的堿金屬與硼酸鹽骨架結(jié)合。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的在于提供一種化合物硼酸鈉鋰，該化合物化學(xué)式為lina4b15o25，分子量661.05，采用固相反應(yīng)法合成化合物。

本發(fā)明另一目的在于提供一種硼酸鈉鋰光學(xué)晶體，屬單斜晶系，空間群c2/c，晶胞參數(shù)為z＝4，

本發(fā)明再一目的在于提供采用固相反應(yīng)法合成化合物及高溫熔液法生長硼酸鈉鋰光學(xué)晶體的制備方法。

本發(fā)明又一目的在于提供硼酸鈉鋰光學(xué)晶體的用途。

本發(fā)明所述的一種化合物硼酸鈉鋰，該化合物的化學(xué)式為lina4b15o25，分子量661.05，采用固相反應(yīng)法合成化合物。

一種硼酸鈉鋰光學(xué)晶體，該晶體的化學(xué)式為lina4b15o25，分子量661.05，屬單斜晶系，空間群c2/c，晶胞參數(shù)為z＝4，

所述硼酸鈉鋰光學(xué)晶體的制備方法，采用固相反應(yīng)法合成化合物及高溫熔液法生長晶體，具體操作按下列步驟進(jìn)行：

a、稱取摩爾比的li:na:b為1:4:15的含鋰化合物為li2co3或lino3，含鈉化合物為nano3或na2co3和含硼化合物為h3bo3或b2o放入研缽中，混合并仔細(xì)研磨，然后裝入 φ100mm×100mm的開口剛玉坩堝中，放入馬弗爐中，緩慢升溫至400℃，恒溫10小時，冷卻至室溫，取出研磨之后放入馬弗爐中，再升溫至600-630℃，恒溫48小時，取出經(jīng)研磨得到硼酸鈉鋰化合物多晶粉末，再對該產(chǎn)物進(jìn)行x射線分析，所得x射線譜圖與硼酸鈉鋰lina4b15o25單晶結(jié)構(gòu)的x射線譜圖是一致的；

b、將步驟a得到的多晶粉末與助熔劑為pbo、lif或naf按摩爾比1:2-10混合均勻，裝入φ80mm×80mm的開口鉑金坩堝中，以溫度10-30℃/h的升溫速率加熱至溫度800-900℃，恒溫24-60小時，得到混合熔液，再以溫度10-20℃/h降至溫度500-450℃；

或?qū)⒑嚮衔餅閘i2co3或lino3，含鈉化合物為nano3或na2co3，含硼化合物為h3bo3或b2o按摩爾比4-8:1-2:14-30直接稱取原料，將稱取的原料與助熔劑為pbo、lif或naf按摩爾比1:2-10進(jìn)行混配，裝入φ80mm×80mm的開口鉑金坩堝中，以溫度3-10℃/h的升溫速率加熱至溫度800-900℃，恒溫24-60小時，得到混合熔液，再以溫度10-20℃/h降溫至500-450℃；

c、制備硼酸鈉鋰籽晶：將步驟b得到的混合熔液以溫度0.5-5℃/h的速率緩慢降至室溫，自發(fā)結(jié)晶獲得硼酸鈉鋰籽晶；

將步驟c得到的籽晶固定于籽晶桿上，從晶體生長爐頂部下籽晶，先在步驟b中的混合熔液表面預(yù)熱籽晶10-20分鐘，再將籽晶下至混合熔液中進(jìn)行回熔，恒溫5-15分鐘，以溫度10-30℃/h的速率降至溫度440-410℃；

e、再以溫度0.1-5℃/天的速率緩慢降溫，以0-30rpm轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)籽晶桿，待單晶生長到所需尺度后，將晶體提離混合熔液表面，并以溫度10-30℃/h速率降至室溫，然后將晶體從爐膛中取出，即可得到硼酸鈉鋰光學(xué)晶體。

所述的硼酸鈉光學(xué)晶體在制備光通信元件的用途。

所述光通信元件為渥拉斯頓棱鏡、洛匈棱鏡或光束分離偏振器。

所述的硼酸鈉鋰光學(xué)晶體的制備方法，采用固相反應(yīng)法制備硼酸鈉鋰化合物單相多晶粉末按下述反應(yīng)式制備：

(1)4na2co3+li2co3+30h3bo3→2lina4b15o25+5co2↑+45h2o↑

(2)4na2co3+1li2co3+15b2o3→2lina4b15o25+5co2↑

(3)8nano3+2lino3+30h3bo3→2lina4b15o25+5n2o5↑+45h2o↑

(4)8nano3+2lino3+14b2o3→2lina4b15o25+5n2o5↑

(5)8na2co3+2lino3+30h3bo3→2lina4b15o25+4co2↑+45h2o↑+n2o5↑

(6)4na2co3+2lino3+15b2o3→2lina4b15o25+4co2↑+n2o5↑

(7)8nano3+li2co3+30h3bo3→2lina4b15o25+co2↑+45h2o↑+4n2o5↑

(8)8nano3+li2co3+15b2o3→2lina4b15o25+co2↑+4n2o5↑

所述的硼酸鈉鋰光學(xué)晶體用于制作光通信元件，例如，渥拉斯頓棱鏡、洛匈棱鏡或光束分離偏振器。

附圖說明

圖1為本發(fā)明lina4b15o25粉末的x-射線衍射圖；

圖2為本發(fā)明硼酸鈉鋰晶體的基本骨架圖；

圖3為楔形雙折射晶體偏振分束器示意圖；

圖4為光隔離器示意圖；

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lina4b15o25晶體，6透光方向，7光軸面。

以下結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明：

實施例1：

按反應(yīng)式：4na2co3+li2co3+30h3bo3→2lina4b15o25+5co2↑+45h2o↑合成lina4b15o25化合物：

將na2co3、li2co3、h3bo3按摩爾比4:1:3稱取放入研缽中，混合并仔細(xì)研磨，然后裝入φ100mm×100mm的開口剛玉坩堝中，放入馬弗爐中，緩慢升溫至400℃，恒溫10小時，冷卻至室溫，取出研磨之后放入馬弗爐中，再升溫至600℃，恒溫48小時，取出經(jīng)研磨得到硼酸鈉鋰化合物多晶粉末，再對該產(chǎn)物進(jìn)行x射線分析，所得x射線譜圖與硼酸鈉鋰lina4b15o25單晶結(jié)構(gòu)得到的x射線譜圖是一致的；

將合成的lina4b15o25單相多晶粉末與助熔劑pbo按摩爾比lina4b15o25:pbo＝1:2進(jìn)行混配，裝入φ80mm×80mm的開口鉑金坩堝中，以溫度20℃/h的升溫速率加熱至800℃，恒溫30小時，得到混合熔液，再以溫度15℃/h降溫至450℃；

制備硼酸鈉鋰籽晶：將混合熔液以溫度1℃/h的速率緩慢降至室溫，自發(fā)結(jié)晶獲得硼酸鈉鋰籽晶；

將獲得的lina4b15o25籽晶固定于籽晶桿上，從晶體生長爐頂部下籽晶，先將籽晶在混合熔液表面上預(yù)熱10分鐘，再將籽晶下至混合熔液中進(jìn)行回熔，恒溫10分鐘，以溫度20℃/h的速率降溫至410℃；

再以溫度2℃/天的速率緩慢降溫，以10rpm的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)籽晶桿，待單晶生長到所需尺度后，將晶體提離混合熔液表面，并以溫度10℃/h速率降至室溫，然后將晶體從爐膛中取出，即可得到尺寸12mm×10mm×5mm的硼酸鈉鋰lina4b15o25光學(xué)晶體。

反應(yīng)式中的碳酸鈉可以用硝酸鈉替換，碳酸鋰可以用硝酸鋰替換，硼酸可由氧化硼替換。

實施例2：

按反應(yīng)式：4na2co3+1li2co3+15b2o3→2lina4b15o25+5co2↑合成lina4b15o25化合物：

將na2co3、li2co3、b2o3按摩爾比4:1:15直接稱取原料，將稱取的原料與助熔劑lif按摩爾比1:2進(jìn)行混配，裝入φ80mm×80mm的開口鉑金坩堝中，以溫度3℃/h的升溫速率升溫至溫度850℃，恒溫48小時，得到混合熔液，再以溫度10℃/h降溫至500℃；

制備硼酸鈉鋰籽晶：將混合熔液以溫度3℃/天的速率緩慢降至室溫，自發(fā)結(jié)晶獲得硼 酸鈉鋰籽晶；

將獲得的lina4b15o25籽晶固定于籽晶桿上，從晶體生長爐頂部下籽晶，先將籽晶在混合熔液表面上預(yù)熱10分鐘，再將籽晶下至混合熔液中進(jìn)行回熔，恒溫5分鐘，以溫度20℃/h的速率降溫至421℃；

再以溫度1℃/天的速率緩慢降溫，以10rpm的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)籽晶桿，待晶體生長到所需尺度后，將晶體提離混合熔液表面，以溫度10℃/h速率降至室溫，然后將晶體從爐膛中取出，即可獲得尺寸7mm×4mm×2mm的硼酸鈉鋰lina4b15o25光學(xué)晶體。

反應(yīng)式中的碳酸鈉可以用硝酸鈉替換，碳酸鋰可以用硝酸鋰替換，氧化硼可由硼酸替換。

實施例3：

按反應(yīng)式：8nano3+2lino3+30h3bo3→2lina4b15o25+5n2o5↑+45h2o↑合成lina4b15o25化合物：

將nano3、lino3、h3bo3按摩爾比8:2:30稱取放入研缽中，混合并仔細(xì)研磨，然后裝入φ100mm×100mm的開口剛玉坩堝中，放入馬弗爐中，緩慢升溫至400℃，恒溫10小時，冷卻至室溫，取出研磨之后放入馬弗爐中，再升溫至620℃，恒溫48小時，取出經(jīng)研磨得到硼酸鈉鋰化合物多晶粉末，再對該產(chǎn)物進(jìn)行x射線分析，所得x射線譜圖與硼酸鈉鋰lina4b15o25單晶結(jié)構(gòu)得到的x射線譜圖是一致的；

將合成的lina4b15o25單相多晶粉末與助熔劑lif按摩爾比lina4b15o25:lif＝1:10進(jìn)行混配，裝入φ80mm×80mm的開口鉑金坩堝中，以溫度10℃/h的升溫速率加熱至850℃，恒溫24小時，得到混合熔液，再以溫度10℃/h降溫至480℃；

制備硼酸鈉鋰籽晶：將步驟b得到的混合熔液以溫度0.5℃/h的速率緩慢降至室溫，自發(fā)結(jié)晶獲得lina4b15o25籽晶；

將獲得的lina4b15o25籽晶固定于籽晶桿上，從晶體生長爐頂部下籽晶，先將籽晶在混合熔液表面上預(yù)熱20分鐘，再將籽晶下至混合熔液中進(jìn)行回熔，恒溫8分鐘，以溫度15℃/h的速率降溫至440℃；

再以溫度0.1℃/天的速率緩慢降溫，以10rpm的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)籽晶桿，待晶體生長到所需尺度后，將晶體提離混合熔液表面，以溫度15℃/h的速率降至室溫，然后將晶體從爐膛中取出，即可獲得尺寸為10mm×10mm×3mm的硼酸鈉鋰lina4b15o25光學(xué)晶體。

反應(yīng)式中的硝酸鈉可以用碳酸鈉替換，硝酸鋰可以用碳酸鋰替換，硼酸可由氧化硼替換。

實施例4：

按反應(yīng)式：8nano3+2lino3+14b2o3→2lina4b15o25+5n2o5↑合成lina4b15o25化合物：

將nano3、lino3、b2o3按摩爾比8:2:14直接稱取原料，將稱取的原料與助熔劑naf按摩爾比1:7進(jìn)行混配，裝入φ80mm×80mm的開口鉑金坩堝中，以溫度5℃/h的升溫速率升至900℃，恒溫60小時，得到混合熔液，再以溫度15℃/h降溫至470℃；

制備硼酸鈉鋰籽晶：將混合熔液以溫度0.5℃/天的速率緩慢降至室溫，自發(fā)結(jié)晶獲得 硼酸鈉鋰籽晶；

將獲得的lina4b15o25籽晶固定于籽晶桿上，從晶體生長爐頂部下籽晶，先將籽晶在混合熔液表面上預(yù)熱18分鐘，再將籽晶下至混合熔液中進(jìn)行回熔，恒溫15分鐘，以溫度30℃/h的速率降溫至410℃；

再以溫度0.5℃/天的速率緩慢降溫，不旋轉(zhuǎn)籽晶桿，待晶體生長到所需尺度后，將晶體提離混合熔液表面，以溫度20℃/h速率降至室溫，然后將晶體從爐膛中取出，即可獲得尺寸為11mm×6mm×2mm的硼酸鈉鋰lina4b15o25光學(xué)晶體。

反應(yīng)式中的硝酸鈉可以用碳酸鈉替換，硝酸鋰可以用碳酸鋰替換，氧化硼可由硼酸替換。

實施例5：

按反應(yīng)式：8nano3+2lino3+30h3bo3→2lina4b15o25+5n2o5↑+45h2o↑合成lina4b15o25化合物：

將nano3、lino3、h3bo3按摩爾比8:2:30直接稱取原料，將稱取的原料與助熔劑pb按摩爾比1:5進(jìn)行混配，裝入φ80mm×80mm的開口鉑金坩堝中，以溫度10℃/h的升溫速率升溫至溫度850℃，恒溫32小時，得到混合熔液，再以溫度15℃/h降溫至490℃；

制備硼酸鈉鋰籽晶：將步驟b得到的混合熔液以溫度5℃/天的速率緩慢降至室溫，自發(fā)結(jié)晶獲得硼酸鈉鋰籽晶；

將獲得的lina4b15o25籽晶固定于籽晶桿上，從晶體生長爐頂部下籽晶，先將籽晶在混合熔液表面上預(yù)熱20分鐘，再將籽晶下至混合熔液中進(jìn)行回熔，恒溫15分鐘，以溫度25℃/h的速率降至溫度420℃；

再以溫度4℃/天的速率緩慢降溫，以5rpm的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)籽晶桿，待晶體生長到所需尺度后，將晶體提離混合熔液表面，以溫度25℃/h速率降至室溫，然后將晶體從爐膛中取出，即可獲得尺寸為6mm×4mm×3mm的硼酸鈉鋰lina4b15o25光學(xué)晶體。

反應(yīng)式中的硝酸鈉可以用碳酸鈉替換，硝酸鋰可以用碳酸鋰替換，氧化硼可由硼酸替換。

實施例6：

按反應(yīng)式：4na2co3+2lino3+15b2o3→2lina4b15o25+4co2↑+n2o5↑合成lina4b15o25化合物：

將na2co3、lino3、b2o3按摩爾比4:2:15稱取放入研缽中，混合并仔細(xì)研磨然后裝入φ100mm×100mm的開口剛玉坩堝中，放入馬弗爐中，緩慢升溫至400℃，恒溫10小時，冷卻至室溫，取出研磨之后放入馬弗爐中，再升溫至630℃，恒溫48小時，取出經(jīng)研磨得到硼酸鈉鋰化合物多晶粉末，再對該產(chǎn)物進(jìn)行x射線分析，所得x射線譜圖與硼酸鈉鋰lina4b15o25單晶結(jié)構(gòu)得到的x射線譜圖是一致的；

將合成的lina4b15o25單相多晶粉末與助熔劑lif按摩爾比lina4b15o25:lif＝1:10進(jìn)行混配，裝入φ80mm×80mm的開口鉑金坩堝中，以溫度30℃/h的升溫速率加熱至870℃，恒溫48小時，得到混合熔液，再以溫度20℃/h的降溫速率降溫至465℃；

制備硼酸鈉鋰籽晶：以溫度4℃/h的速率緩慢降至室溫，自發(fā)結(jié)晶獲得lina4b15o25籽晶；

將獲得的lina4b15o25籽晶固定于籽晶桿上，從晶體生長爐頂部下籽晶，先將籽晶在混合熔液表面上預(yù)熱10分鐘，再將籽晶下至混合熔液中進(jìn)行回熔，恒溫10分鐘，以溫度15℃/h的速率降溫至433℃；

再以溫度3℃/天的速率緩慢降溫，以30rpm的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)籽晶桿，待晶體生長結(jié)束后，將晶體提離混合熔液表面，以溫度10℃/h的速率降至室溫，然后將晶體從爐膛中取出，即可獲得尺寸為7mm×6mm×1.5mm的硼酸鈉鋰lina4b15o25光學(xué)晶體。

反應(yīng)式中的碳酸鈉可以用硝酸鈉替換，硝酸鋰可以用碳酸鋰替換,硼酸可由氧化硼替換。

實施例7：

按反應(yīng)式：8nano3+li2co3+30h3bo3→2lina4b15o25+co2↑+45h2o↑+4n2o5↑合成lina4b15o25化合物：

將nano3、li2co3、h3bo3按摩爾比8:1:30直接稱取原料，將稱取的原料與助熔劑pbo，按摩爾比＝1:10進(jìn)行混配，裝入φ80mm×80mm的開口鉑金坩堝中，以溫度10℃/h的升溫速率加熱至860℃，恒溫24小時，得到混合熔液，再以溫度20℃/h降溫至450℃；

制備硼酸鈉鋰籽晶：將混合熔液以溫度3℃/h的速率緩慢降至室溫，自發(fā)結(jié)晶獲得lina4b15o25籽晶；

將獲得的lina4b15o25籽晶固定于籽晶桿上，從晶體生長爐頂部下籽晶，先將籽晶在混合熔液表面上預(yù)熱15分鐘，再將籽晶下至混合熔液中進(jìn)行回熔，恒溫15分鐘，以溫度10℃/h的速率降溫至440℃；

再以溫度5℃/天的速率緩慢降溫，以15rpm的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)籽晶桿，待晶體生長到所需尺度后，將晶體提離混合熔液表面，以溫度10℃/h的速率降至室溫，然后將晶體從爐膛中取出，即可獲得尺寸為12mm×8mm×3mm的硼酸鈉鋰lina4b15o25光學(xué)晶體。

反應(yīng)式中的硝酸鈉可以用碳酸鈉替換，碳酸鋰可以用硝酸鋰替換,硼酸可由氧化硼替換。

實施例8：

按反應(yīng)式：8nano3+li2co3+15b2o3→2lina4b15o25+co2↑+4n2o5↑合成lina4b15o25化合物：

將nano3、li2co3、b2o3按摩爾比8:1:15稱取放入研缽中，混合并仔細(xì)研磨然后裝入φ100mm×100mm的開口剛玉坩堝中，放入馬弗爐中，緩慢升溫至400℃，恒溫10小時，冷卻至室溫，取出研磨之后放入馬弗爐中，再升溫至610℃，恒溫48小時，取出經(jīng)研磨得到硼酸鈉鋰化合物多晶粉末，再對該產(chǎn)物進(jìn)行x射線分析，所得x射線譜圖與硼酸鈉鋰lina4b15o25單晶結(jié)構(gòu)得到的x射線譜圖是一致的；

將合成的lina4b15o25單相多晶粉末與助熔劑lif按摩爾比lina4b15o25:naf＝1:10進(jìn)行 混配，裝入φ80mm×80mm的開口鉑金坩堝中，以溫度25℃/h的升溫速率加熱至900℃，恒溫60小時，得到混合熔液，再以溫度20℃/h的降溫速率降至溫度450℃；

制備硼酸鈉鋰籽晶：將混合熔液以溫度2.5℃/h的速率降至室溫，自發(fā)結(jié)晶獲得lina4b15o25籽晶；

將獲得的lina4b15o25籽晶固定于籽晶桿上，從晶體生長爐頂部下籽晶，先將籽晶在混合熔液表面上預(yù)熱10分鐘，再將籽晶下至混合熔液中進(jìn)行回熔，恒溫10分鐘，以溫度15℃/h的速率降溫至415℃；

再以溫度5℃/天的速率緩慢降溫，以20rpm的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)籽晶桿，待晶體生長到所需尺度后，將晶體提離混合熔液表面，以溫度10℃/h的速率降至室溫，然后將晶體從爐膛中取出，即可獲得尺寸為6mm×4mm×1mm的硼酸鈉鋰lina4b15o25光學(xué)晶體。

反應(yīng)式中的硝酸鈉可以用碳酸鈉替換，碳酸鋰可以用硝酸鋰替換,氧化硼可由硼酸替換。

實施例9：

將實施例1－8任意所得的lina4b15o25晶體，用于制備光束位移器(如圖4所示)，光束位移器，加工一個雙折射晶體，令其光軸面與棱成一角度θ，如圖4a所示；當(dāng)自然光垂直入射后，可以分成兩束振動方向互相垂直的線偏振光，如圖4b所示，分別是o光和e光。雙折率越大，兩束光可以分開的越遠(yuǎn)，便于光束的分離。