一种偏硼酸钠双折晶体的生长方法和用途

本发明涉及一种偏硼酸钠双折晶体的生长方法和用途，属于晶体生长。

背景技术：

1、双折射现象是光在光性非均匀的介质晶体中传播时表现出来的重要特性之一。光在光性非均质体(如立方系以外的晶体)中传播时，除了个别特殊的方向(沿光轴方向)外，会改变其振动特点，分解为两个电场矢量振动方向互相垂直，传播速度不同，折射率不等的两束偏振光，这种现象称为双折射，这样的晶体称为双折射晶体。两束光中的一束遵循一般的折射定律，称为寻常光(o光)，其折射率用no表示，另一束不遵循一般的折射定律，称为非常光(e光)，其折射率用ne表示。利用双折射晶体的特性可以得到线偏振光，实现对光束的位移等。从而使得双折射晶体成为制作光隔离器、环形器、光束位移器、光学起偏器和光学调制器等光学元件关键材料。

2、常用的双折射材料主要有方解石、金红石、linbo3、yvo4以及α-bab2o4晶体等。然而方解石晶体主要以天然形式存在，人工合成比较困难；一般尺寸较小、杂质含量较高、无法满足大尺寸光学偏光元件的要求，而且易于解离，加工比较困难，晶体利用率低。金红石也主要以天然形式存在，人工合成比较困难、且尺寸较小、硬度大、难以加工。linbo3晶体易于得到大尺寸晶体，但双折射率太小；yvo4是一种性能良好的人工双折射晶体，但是由于yvo4熔点高，且生长的气氛为弱氧气氛，从而在生长时存在铱元素的变价问题，不易获得高质量的晶体。α-bab2o4由于存在固态相变，很容易在晶体生长过程中开裂。鉴于此，非常有必要寻找一种易于生长、性能稳定且具有较大双折射率的双折射晶体。

技术实现思路

1、本发明目的在于，提供一种偏硼酸钠双折晶体的生长方法和用途，该方法采用高温固相法合成的nabo2多晶原料，采用nabo2单晶作为籽晶，用提拉法进行晶体生长。通过本发明所述方法可获得大尺寸和高质量的晶体，易于切割、抛光、加工和保存，不溶于水，不潮解，在空气稳定；适于制作光通信元件或各种用途的偏光棱镜，这些器件利用的是晶体的折射率特性，特别是较大的双折射率。获得光学质量优、尺寸大的双折射晶体材料，以达到实用化的要求。

2、本发明所述的一种偏硼酸钠双折晶体的生长方法，采用提拉法生长晶体，具体操作按下列步骤进行：

3、采用高温固相法制备的nabo2多晶粉末：

4、a、按摩尔比na:b＝1:1将含na化合物和含b化合物混合，置于陶瓷坩埚中，将陶瓷坩埚置于马弗炉中，以5-10℃/h的速率升温至500℃，保温1-3天，自然降至室温，即得到nabo2多晶粉末，其中，含na化合物为na2co3、nabo2.4h2o、nahco3、nano3、nacl或naf；含b化合物为b2o3或h3bo3；

5、制备nabo2籽晶：

6、b、将步骤a得到的多晶粉末放入铂金坩埚，将铂金坩埚放入马弗炉中升温至600℃，获得混合熔体，将混合熔体快速降温5-10℃，保温2-6个小时，重复此降温和保温过程，直至熔体液面出现漂晶，然后以0.5-10℃/d的降温速率缓慢降至结晶完毕，再以10-50℃/h的降温速率降至室温，自发结晶获得nabo2籽晶；

7、或将固定在籽晶杆上的铂金丝进入到混合熔体中，以1-5℃/h的速率缓慢降温至铂金丝上出现晶体，然后以5-20r/min的旋转速度旋转籽晶杆，以0.1-10℃/d的速率缓慢降温，待籽晶长到所需的尺寸后，将其提离液面，并以10-50℃/h降温速率降至室温，获得nabo2籽晶；

8、其中所述籽晶的方向为晶体[100]、[010]、[001]、[111]方向，以及和[001]方向成0和180°之间的任意方向；

9、制备nabo2双折射晶体：

10、c、将步骤a获得的多晶粉末放入铂金坩埚中，将铂金坩埚放到提拉炉中；

11、d、将步骤b获得的nabo2籽晶安装到籽晶杆上，关闭炉门，抽真空至10pa，设置升温程序进行升温熔料；

12、f、待步骤d原料完全熔化后，保持10-25h后进行晶体提拉生长，以2-15r/min的速度和0.1-1.5mm/h的拉速进行生长，即得到nabo2双折射晶体。

13、所述方法获得的偏硼酸钠双折射晶体在制备光隔离器，环形器，光束位移器，光束分离偏振器，光学起偏器或光学调制器中的用途。

14、所述方法获得的偏硼酸钠双折射晶体在制备偏光棱镜的用途。

技术特征：

1.一种偏硼酸钠双折晶体的生长方法，其特征在于：采用提拉法生长晶体，具体操作按下列步骤进行：

2.根据权利要求1所述方法获得的偏硼酸钠双折射晶体在制备光隔离器，环形器，光束位移器，光束分离偏振器，光学起偏器或光学调制器中的用途。

3.根据权利要求1所述方法获得的偏硼酸钠双折射晶体在制备偏光棱镜的用途。

技术总结本发明公开了一种偏硼酸钠双折晶体的生长方法和用途，该方法采用高温固相法合成NaBO<subgt;2</subgt;多晶原料，采用NaBO<subgt;2</subgt;单晶作为籽晶，用提拉法进行晶体生长。通过本发明所述方法可获得大尺寸和高质量的晶体，易于切割、抛光、加工和保存，不溶于水，不潮解，在空气稳定；适于制作光通信元件或各种用途的偏光棱镜，这些器件利用的是晶体的折射率特性，特别是较大的双折射率。技术研发人员：安东海,赵嘉伟,陈艳娜,陈美慧,郭福强,刘昊臻,杜诗雨受保护的技术使用者：昌吉学院技术研发日：技术公布日：2024/8/1