紫外非线性光学晶体水合硼酸钾的生长过程与性能研究

Inorganic nonlinear optical crystal is important optoelectronic information funtional material, which has great strategic meaning and economic values. Ultraviolet band frequency multiplication of crystal can be used as key component of the solid-state laser, so the research of this crystal has very important significance.It is necessary to search new UV SHG crystals to meet the increasing demand..We have grown hydrated potassium borate (K3B3O10H8) crystal which has a size of 6mm×4mm×2mm. The earlier researches on the crystal show that it has excellent combination property, suitable second harmonic generation and wider range of transmittance (190-2600nm). In this project, we will further study growth technologies of the crystal, analysis the nucleation theory, reveal thermodynamics and kinetics conditions, control the crystal growth process, grow large and high quality crystal, test the physical and chemical properties and show the internal relations between crystal structure and nonlinear optical property..We will get large and high quality crystal by optimizing growth process and disscuss the linear and nonlinear optical properties. The research can enrich the growth technologies and theory of solution and provide new ideas and technological approach for exploring new type nonlinear optical crytal materials.

无机非线性光学晶体是重要的光电信息功能材料，在激光制导、激光通讯和激光医疗等领域具有重大的战略意义和经济价值，而紫外波段的倍频晶体则可作为全固态激光器的关键材料，有必要继续寻找新的紫外倍频晶体来满足日益增长的需求。.本项目组首次生长出尺寸为7mm×5mm×4mm的水合硼酸钾（K3B3O10H8）晶体，前期研究表明该晶体粉末倍频效应与KDP相当，较宽的透过范围（190-2600nm），综合性能优异。本项目将进一步研究该晶体的生长技术，分析晶体的成核理论，揭示晶体生长过程中的热力学和动力学条件，实现对晶体生长过程的控制，生长出大尺寸高质量的晶体，测试晶体的物化性能，阐明晶体结构与非线性光学性能之间的内在联系。.通过对晶体的生长过程的理论研究，指导并优化生长工艺获得大尺寸、高质量单晶，进一步探讨线性、非线性光学性质，丰富水溶液生长技术和理论，为探索新型非线性光学晶体材料提供新的思路和技术途径。

本项目主要针对全固态激光领域对紫外非线性光学晶体的需求，开展在该波段具有应用前景的水合硼酸钾K3B3O10H8（KBOH ）晶体的生长及性能研究。主要研究内容包括大尺寸、高质量晶体的生长，性能测试，晶体生长过程的理论研究及应用前景综合评估。通过项目执行期间的研究取得了如下结果：确定了晶体生长方法，优化了晶体生长工艺，生长出了尺寸为17mm×10mm×10mm 的晶体，性能测试表明该晶体的透过范围为190-2600nm，粉末倍频效应为KDP 的0.8倍，并且可以实现Nd:YAG激光器1064nm激光的相位匹配，晶体结构、红外光谱及热学分析证明了晶体中包含BO3和BO4基团；同时研究了晶体生长过程中的影响因素，实现对晶体生长过程的控制，通过理论计算获得了KBOH晶体的能带结构及态密度图，该化合物为间接带隙，能带结构为4.7eV，阐明了晶体结构与非线性光学性能之间的内在联系。项目执行期间发表SCI论文6篇，协助培养硕士研究生3名，出站博士后1名；项目的执行丰富了水溶液生长技术和理论，为探索新型非线性光学晶体材料提供新的思路和技术途径。