一种半有机锑氟酸盐二阶非线性光学晶体材料及其制备和应用

本发明属于非线性光学晶体材料，涉及一种半有机锑氟酸盐二阶非线性光学晶体材料及其制备和应用。

背景技术：

1、具有二次谐波产生(second harmonic generation，shg)特性的非线性光学(nonlinear optical，nlo)晶体材料作为一类光电功能材料，被广泛应用于高分辨率显微成像、精密制造、光刻和光通信等前沿光学和光电技术领域。目前，商业化的nlo晶体材料主要集中在可见光和近红外区域，如β-bab2o4(bbo)、kh2po4(kdp)、ktiopo4(ktp)和linbo3(ln)等。然而，可应用于紫外波段的高性能nlo晶体材料仍然匮乏，因此，开发适用于短波紫外区域的高性能nlo晶体材料具有重要的科学意义和应用价值。

2、传统的紫外nlo晶体由无机功能基元构成，其光学性能受到固有组成限制。通常来说，研究人员会选择没有d-d和f-f电子跃迁的碱金属或者碱土金属来作为a位阳离子，以确保化合物的截止边不会发生红移。然而，a位阳离子对晶体的倍频和双折射没有贡献，阻碍了光学晶体性能的进一步提高。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了提供一种半有机锑氟酸盐二阶非线性光学晶体材料及其制备和应用，该晶体表现出较强的粉末倍频效应，约为kh2po4(kdp)晶体的2倍，且能实现相位匹配，大的双折射率(0.134@532nm)以及短的紫外截止边(275nm)，此外，该晶体产率高，易于生长，是具有潜在应用价值的非线性光学晶体材料。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、本发明的技术方案之一提供了一种半有机锑氟酸盐二阶非线性光学晶体材料，其化学式为(c5h7n2)(sb2f7)，属于单斜晶系，其空间群为pn(no.7)，晶胞参数为α＝90°，β＝102.44°～102.64°，γ＝90°，z＝2，晶胞体积为

4、本发明的(c5h7n2)(sb2f7)的晶体结构如图1所示。(c5h7n2)(sb2f7)晶体结构由二维的层组成，这些层沿着a轴以-aaa-序列堆叠。每个层由有机阳离子[c5h7n2]+和反式二聚体[sb2f7]-通过氢键相互连接。

5、本发明的技术方案之二提供了一种半有机锑氟酸盐二阶非线性光学晶体材料的制备方法，包括以下步骤：

6、(1)将有机源、锑源、氟源和水混合形成初始混合原料，置于密闭的水热反应釜中，加热晶化，降至室温，得到澄清透明的溶液；

7、(2)将获得的溶液在室温下挥发，得到无色透明的晶体，即为目标产物。

8、进一步的，所述有机源为4-氨基吡啶。

9、进一步的，所述锑源为三氧化二锑。

10、进一步的，所述氟源为氢氟酸。

11、进一步的，所述初始混合原料中有机源、锑源、氟源和水的添加量满足：有机源、锑元素、氟元素和水的摩尔比为(1～10):(1～10):(1～40):(0～100)。优选为(1～10):(1～10):(1～20):(0～40)。优选的，水的添加量不为0。

12、进一步的，加热晶化的温度为70～100℃，晶化时间不少于24h。更优选的，加热晶化的温度为90～100℃，晶化时间不少于48h。

13、进一步的，降温的速率为0.5～15℃/h。优选的，降温速率为0.5～5℃/h。

14、进一步的，室温挥发的时间不少于一周。更优选为室温挥发时间不少于两周。

15、本发明的技术方案之三提供了一种半有机锑氟酸盐二阶非线性光学晶体材料在激光频率转换器、光参量振荡器、光参量放大器和光电整流器中的应用。

16、进一步的，该二阶非线性光学晶体材料用于激光频率转化器，在1064nm激光照射下输出532nm激光。

17、与现有技术相比，本发明具有以下优点：

18、(1)本申请提供了一种新的二阶非线性光学晶体(c5h7n2)(sb2f7)，该晶体材料在1064nm激光辐照下倍频强度为kdp晶体的2倍，能够实现相位匹配。此外，该晶体材料在紫外可见近红外光区具有高的光学透过率，其紫外吸收截止边为275nm，热分解温度为200℃。该晶体材料在非线性光学领域具有广阔的应用前景。

19、(2)本申请还提供了二阶非线性光学晶体(c5h7n2)(sb2f7)的制备方法，采用水热和溶液挥发两步法制备得到了无色的(c5h7n2)(sb2f7)晶体。合成方法便捷，合成条件温和，产率高，易于生长，容易获得光学质量高，纯度高的毫米级单晶。

技术特征：

1.一种半有机锑氟酸盐二阶非线性光学晶体材料，其特征在于，其化学式为(c5h7n2)(sb2f7)，属于单斜晶系，其空间群为pn(no.7)，晶胞参数为α＝90°，β＝102.44°～102.64°，γ＝90°，z＝2，晶胞体积为

2.如权利要求1所述的一种半有机锑氟酸盐二阶非线性光学晶体材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的一种半有机锑氟酸盐二阶非线性光学晶体材料的制备方法，其特征在于，所述有机源为4-氨基吡啶。

4.根据权利要求2所述的一种半有机锑氟酸盐二阶非线性光学晶体材料的制备方法，其特征在于，所述锑源为三氧化二锑。

5.根据权利要求2所述的一种半有机锑氟酸盐二阶非线性光学晶体材料的制备方法，其特征在于，所述氟源为氢氟酸。

6.根据权利要求2所述的一种半有机锑氟酸盐二阶非线性光学晶体材料的制备方法，其特征在于，所述初始混合原料中有机源、锑源、氟源和水的添加量满足：有机源、锑元素、氟元素和水的摩尔比为(1～10):(1～10):(1～40):(0～100)。

7.根据权利要求2所述的一种半有机锑氟酸盐二阶非线性光学晶体材料的制备方法，其特征在于，加热晶化的温度为70～100℃，晶化时间不少于24h。

8.根据权利要求2所述的一种半有机锑氟酸盐二阶非线性光学晶体材料的制备方法，其特征在于，降温的速率为0.5～15℃/h；

9.如权利要求1所述的一种半有机锑氟酸盐二阶非线性光学晶体材料在激光频率转换器、光参量振荡器、光参量放大器和光电整流器中的应用。

10.根据权利要求9所述的一种半有机锑氟酸盐二阶非线性光学晶体材料的应用，其特征在于，该二阶非线性光学晶体材料用于激光频率转化器，在1064nm激光照射下输出532nm激光。

技术总结本发明涉及一种半有机锑氟酸盐二阶非线性光学晶体材料及其制备和应用，该材料的化学式为(C<subgt;5</subgt;H<subgt;7</subgt;N<subgt;2</subgt;)(Sb<subgt;2</subgt;F<subgt;7</subgt;)，属于单斜晶系，其空间群为Pn(No.7)，晶胞参数为α＝90°，β＝102.44°～102.64°，γ＝90°，Z＝2，晶胞体积为与现有技术相比，本发明的二阶非线性光学晶体材料(C<subgt;5</subgt;H<subgt;7</subgt;N<subgt;2</subgt;)(Sb<subgt;2</subgt;F<subgt;7</subgt;)在1064nm激光照射下的粉末倍频效应约为KH<subgt;2</subgt;PO<subgt;4</subgt;(KDP)晶体的2倍，且能实现相位匹配。此外，该晶体材料具有较宽的透光波段，物化性能稳定，机械硬度适中，产率高，易于生长等优点，在激光频率转换、光信息存储、电光调制等光电信息领域具有重要的应用价值。技术研发人员：张弛,齐鲁,吴超受保护的技术使用者：同济大学技术研发日：技术公布日：2024/5/27