掺锶硼酸钡紫外双折射晶体及其生长技术 【技术领域】
本发明涉及一种作为紫外双折射的光学器件的晶体材料。
背景技术
晶体的双折射是电光功能材料的重要光学性能参数。双折射晶体材料用途广泛，主要应用于：(1)光通讯中的纤维光学隔离器(ISOLATOR)；(2)环行器(CIRCULATOR)；(3)光束的位移(BEAM DISPLACER)；4格兰棱镜和偏振光学等领域。
现有的双折射材料主要有：BBO，YVO4，TiO2，CaCO3和LiNbO3等晶体。只有硼酸钡(BaB2O4)和方解石(CaCO3)可以透过紫外区，其他晶体在紫外不透过。但是硼酸钡和方解石在实际应用上也存在着问题：方解石存在解理面，在加工时易开裂，使晶体的完整性受到限制，不能满足高性能光学元件的要求。硼酸钡晶体存在着高温相硼酸钡和低温相硼酸钡两种同质异构体，两相之间的相转变温度为925±5℃，晶体生长后在降温过程中容易发生相变，难以得到无裂纹的，质量完好的晶体。因此生长大尺寸，质量优良无裂缝的紫外双折射晶体对晶体在光学领域的应用有着重要的意义。
掺锶硼酸钡紫外双折射晶体及其制备方法和用途，其发明的目的就在于研制一种新的紫外双折射晶体。
【发明内容】
本发明的目的就在于研制一种新的紫外双折射晶体Ba1-xSrxB2O4(x＝0.001-0.23)。Ba1-xSrxB2O4(x＝0.001-0.23)晶体属于三方晶系，具有R3c空间群结构。其中锶离子取代镧离子的晶格位置，形成硼酸钡锶固熔体，其掺杂范围在0.1at.-23at.％之间。透光范围在190-3500nm，特别是紫外区的透过率达到90％，533nm波长的双折射率为：ne＝1.5379，n0＝1.6619，可作为紫外双折射晶体。
掺锶硼酸钡晶体是一种同成分熔化的化合物，是采用提拉法生长出的，按化学反应式：(1-x)BaCO3+xSrCO3+2H3BO3＝Ba1-xSrxB2O4+CO2+3H2O的比例进行称样、混合、压片，而SrCO3则按所需浓度加入。所用原料为：
药品名 纯度 厂家
BaCO3 99％ 上海五四化学试剂厂
SrCO3 99％ 中国医药集团上海化学试剂公司
H3BO3 99％ 中国医药集团上海化学试剂公司
其主要生长条件如下：生长是在铂坩锅中、空气气氛下进行，晶体生长的参数为生长温度1050℃左右，提升速度为0.5～1毫米/小时，晶体转速10～25转/分钟，生长出了高质量的Ba1-xSrxB2O4(x＝0.001-0.23)晶体。
将生长出的Ba1-xSrxB2O4(x＝0.001-0.23)晶体，在四圆衍射仪上进行了衍射数据的收集，结构分析表明，其属于三方晶系，空间群为R3c，Ba0.9Sr0.1B2O4的晶胞参数为随着锶离子浓度的增加，晶胞参数a不变，c减小至
将生长出的Ba1-xSrxB2O4(x＝0.001-0.23)晶体，进行吸收光谱测试，结果表明：锶离子掺杂浓度为15at.％的Ba0.85Sr0.15B2O4晶体透过范围在190-3500nm，特别是紫外区的透过率达到90％。用自准直法测量了晶体的双折射率为：
波长(nm) 473 532 632.8 1064 1338
ne 1.5421 1.5379 1.5332 1.5259 1.5241
no 1.6681 1.6619 1.6551 1.6426 1.6381
随着锶离子浓度的增加，晶体的透过范围、透过率及双折射率均无明显变化，但是却更有利于生长。
Ba1-xSrxB2O4(x＝0.001-0.23)晶体可用提拉法非常容易地生长出质量优良的晶体，和硼酸钡晶体相比具有生长速度快、生长容易、晶体不会开裂、质量优良等优点。在透光范围、透光率和双折射率等方面和硼酸钡晶体比较接近，因此该晶体可作为一种优秀的紫外双折射晶体。
【具体实施方式】
实现本发明的实验优选方式如下：
实施例1：提拉法生长Ba0.95Sr0.05B2O4晶体。
原料按BaCO3∶SrCO3∶H3BO3＝0.95∶0.05∶2mol配比准确称量，然后混合研磨均匀，压片后，放入的铂坩锅中，在马弗炉中于500℃固相反应12小时；取出后，重新研磨压片再升温至800℃反应24小时。将合成好的以上样品放入铂坩锅中，采用提拉法，在空气气氛中，生长温度为1070℃、晶体转速为15转/分钟，拉速为0.5毫米/小时的情况下，生长出了尺寸为25×20×20mm3的高质量的Ba0.95Sr0.05B2O4晶体。
实施例2：提拉法生长Ba0.90Sr0.1B2O4晶体
原料按BaCO3∶SrCO3∶H3BO3＝0.9∶0.1∶2mol配比准确称量，然后混合研磨均匀，压片后，放入的铂坩锅中，在马弗炉中于500℃固相反应12小时；取出后，重新研磨压片再升温至800℃反应24小时。将合成好的以上样品放入铂坩锅中，采用提拉法，在空气气氛中，生长温度为1060℃、晶体转速为15转/分钟，拉速为0.5毫米/小时的情况下，生长出了尺寸为25×20×20mm3的高质量的Ba0.9Sr0.1B2O4晶体。
实施例3：提拉法生长Ba0.85Sr0.15B2O4晶体
原料按BaCO3∶SrCO3∶H3BO3＝0.85∶0.15∶2mol配比准确称量，然后混合研磨均匀，压片后，放入的铂坩锅中，在马弗炉中于500℃固相反应12小时；取出后，重新研磨压片再升温至800℃反应24小时。将合成好的以上样品放入铂坩锅中，采用提拉法，在空气气氛中，生长温度为1050℃、晶体转速为15转/分钟，拉速为0.5毫米/小时的情况下，生长出了尺寸为25×20×20mm3的高质量的Ba0.85Sr0.15B2O4晶体。
实施例4：提拉法生长Ba0.80Sr0.2B2O4晶体
原料按BaCO3∶SrCO3∶H3BO3＝0.8∶0.2∶2mol配比准确称量，然后混合研磨均匀，压片后，放入的铂坩锅中，在马弗炉中于500℃固相反应12小时；取出后，重新研磨压片再升温至800℃反应24小时。将合成好的以上样品放入铂坩锅中，采用提拉法，在空气气氛中，生长温度为1040℃、晶体转速为15转/分钟，拉速为0.5毫米/小时的情况下，生长出了尺寸为25×20×20mm3的高质量的Ba0.8Sr0.2B2O4晶体。