一种铯钇锗硫晶体材料、制备方法与应用

本发明属于非线性光学材料，具体涉及一种铯钇锗硫晶体材料、制备方法与应用。

背景技术：

1、非线性光学(nlo)晶体材料是一类至关重要的光学材料，不仅在材料科学中扮演着重要角色，同时也是扩展激光波长必不可少的关键组成部分。除了在频率转换方面的应用外，非线性光学材料在激光领域的信号传输、光信息存储以及光电对抗等方面也发挥着重要作用。这些材料具有频率转换、电光效应和光折变等特性。当光在这些材料中传播时，光频电场会引起电极化，从而产生极化场，随着时间的推移，这种极化场会产生辐射光。当光强较弱时，极化场与光电场之间呈线性关系；但当激光强度增大时，极化系数的二次非线性项开始发挥显著作用，产生的非线性极化场会导致辐射光频率不同于入射光，从而实现激光频率转换的非线性光学效应。由于红外激光具有出色的大气传播性能，因而备受关注。因此，研究可靠的红外非线性光学材料，并利用双折射相位匹配技术实现激光转换，将其他波段的成熟技术转化为红外波段的激光输出具有重要意义。

2、目前能够商用的中红外非线性光学晶体较少，大多是abc2型的黄铜矿类半导体晶体，例如aggas2、aggase2和zngep2等。但这些商用材料都存在固有缺陷，阻碍了其大规模的应用。aggas2的激光损伤阈值较低，zngep2中存在有害的双光子吸收，这些都增大其匹配泵浦源的难度。因此探索具有综合性能好的新型中红外非线性光学材料，以满足激光相关领域日益增长的需求仍十分迫切。

3、由于稀土元素的电子结构和较大的离子半径，稀土离子在与其他阴离子配位时会形成高度扭曲的多面体结构。稀土多面体lnq(r＝稀土元素；q＝s,se)畸变容易产生较大的超极化率，从而引发强烈的二次谐波效应。但遗憾的是大多数发现的稀土硫属中红外非线性光学晶体仍存在不足。一方面是带隙较小，大多数在3.0ev以下，不能很好的平衡带隙及二阶谐波产生效应(简称shg效应)；另一方面是具有较强shg效应的该类材料往往无法实现相位匹配。

技术实现思路

1、针对上述现有技术的缺点，本发明提供一种铯钇锗硫晶体材料、制备方法与应用。

2、为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

3、一种铯钇锗硫非线性光学晶体的化学式为csyges4；所述铯钇锗硫非线性光学晶体具有非中心对称结构，属于正交晶系，为p212121空间群，其晶胞参数为a＝6.4268，b＝6.7268，c＝17.7038，α＝β＝γ＝90°。

4、本发明所述铯钇锗硫非线性光学晶体的带隙>3.0ev，shg效应为10倍kh2po4(kdp)，双折射δn＝0.12@1064nm。铯钇锗硫非线性光学晶体csyges4实现带隙、shg效应和双折射之间有效平衡，是具有应用前景的红外非线性光学晶体材料。

5、本发明还要求保护所述铯钇锗硫非线性光学晶体的制备方法，包括以下步骤：

6、(1)将铯钇锗硫化合物或将含cs物质、含y物质、含ge物质和含s物质组成的混合物真空封装；

7、(2)然后加热至850-950℃并保持2-4天后，以0.5-2℃/小时的降温速率降温至室温，得到铯钇锗硫非线性光学晶体。

8、作为本发明的优选实施方案，所述步骤(2)中加热的温度为900℃，保持的时间为3天，降温速率为1℃/小时

9、作为本发明的优选实施方案，所述含cs物质为铯单质或硫化铯，含y物质为钇单质或硫化钇，含ge物质为锗单质或硫化锗，含s物质为单质硫、铯的硫化物、钇的硫化物或锗的硫化物的至少其中之一。

10、作为本发明的优选实施方案，所述铯钇锗硫化合物的化学式为csyges4。

11、作为本发明的优选实施方案，所述铯钇锗硫化合物的制备方法包括如下步骤：

12、s1：将含cs物质、含y物质、含ge物质和含s物质组成的混合物真空封装；

13、s2：然后加热至850-950℃并保持2-4天后，以5-15℃/小时的降温速率降温至室温，得到铯钇锗硫化合物。

14、作为本发明的优选实施方案，所述步骤s2中加热的温度为900℃，保持的时间为3天，降温速率为10℃/小时。

15、采用本发明所述方法可获得尺寸为厘米级的铯钇锗硫非线性光学晶体。根据晶体的结晶学数据，将晶体毛坯定向，按所需角度、厚度和截面尺寸切割晶体，将晶体通光面抛光，即可作为非线性光学器件使用，该铯钇锗硫非线性光学晶体具有物理化学性能稳定，硬度较大，机械性能好，不易碎裂，不易潮解，易于加工和保存等优点。

16、本发明还要求保护所述铯钇锗硫非线性光学晶体在非线性光学器件制备中的应用。

17、作为本发明的优选实施方案，所述非线性光学器件包含将至少一束入射电磁辐射通过至少一块所述铯钇锗硫非线性光学晶体后产生至少一束频率不同于入射电磁辐射的输出辐射的装置。

18、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

19、本发明通过高温熔体自发结晶法生长的铯钇锗硫非线性光学晶体易长大且透明无包裹，因此具有生长速度较快，成本低，容易获得较大尺寸晶体等优点。另外，与现有技术相比，本发明所获得的铯钇锗硫非线性光学晶体具有透光波段宽，硬度较大、机械性能好、不易碎裂和潮解、易于加工和保存等优点，所述铯钇锗硫非线性光学晶体可用于制作非线性光学器件。

技术特征：

1.一种铯钇锗硫非线性光学晶体，其特征在于，其化学式为csyges4；所述铯钇锗硫非线性光学晶体具有非中心对称结构，属于正交晶系，为p212121空间群，其晶胞参数为a＝6.4268，b＝6.7268，c＝17.7038，α＝β＝γ＝90°。

2.权利要求1所述铯钇锗硫非线性光学晶体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

3.如权利要求2所述铯钇锗硫非线性光学晶体的制备方法，其特征在于，所述含cs物质为铯单质或硫化铯，含y物质为钇单质或硫化钇，含ge物质为锗单质或硫化锗，含s物质为单质硫、铯的硫化物、钇的硫化物、锗的硫化物中的至少一种。

4.如权利要求2所述铯钇锗硫非线性光学晶体的制备方法，其特征在于，所述铯钇锗硫化合物的化学式为csyges4。

5.如权利要求2所述铯钇锗硫非线性光学晶体的制备方法，其特征在于，所述铯钇锗硫化合物的制备方法包括如下步骤：

6.权利要求1所述铯钇锗硫非线性光学晶体在非线性光学器件制备中的应用。

7.如权利要求6所述应用，其特征在于，所述非线性光学器件包含将至少一束入射电磁辐射通过至少一块所述铯钇锗硫非线性光学晶体后产生至少一束频率不同于入射电磁辐射的输出辐射的装置。

技术总结本发明公开一种铯钇锗硫晶体材料、制备方法与应用，属于非线性光学材料技术领域。所述铯钇锗硫非线性光学晶体的化学式为CsYGeS<subgt;4</subgt;；所述铯钇锗硫非线性光学晶体具有非中心对称结构，属于正交晶系，为P2<subgt;1</subgt;2<subgt;1</subgt;2<subgt;1</subgt;空间群，其晶胞参数为a＝6.4268，b＝6.7268，c＝17.7038，α＝β＝γ＝90°。本发明通过高温熔体自发结晶法生长的铯钇锗硫非线性光学晶体易长大且透明无包裹，因此具有生长速度较快，成本低，容易获得较大尺寸晶体等优点。另外，与现有技术相比，本发明所获得的铯钇锗硫非线性光学晶体具有透光波段宽，硬度较大、机械性能好、不易碎裂和潮解、易于加工和保存等优点，所述铯钇锗硫非线性光学晶体可用于制作非线性光学器件。技术研发人员：李向明,刘阳,梅大江受保护的技术使用者：昆明理工大学技术研发日：技术公布日：2024/6/13