一种双折射晶体及其制备方法

1.本发明属于晶体材料技术领域，具体涉及到一种双折射晶体及其制备方法。


背景技术：

2.双折射材料具有调制偏振光的功能，在光纤传感器、先进光通信系统、线性和非线性光学器件等方面发挥着关键作用。偏振器中最重要的元器件之一是双折射晶体。当一束光波投射到晶体界面上，一般会产生两束折射光束，其中一束光遵循折射定律，称为寻常光或o光，折射率为恒量；另一束光不遵循折射定律，称为非常光或e光，折射率随光的传播方向不同而变化，这种现象称为双折射。由于晶体材料各向异性，这两束折射光线的夹角大小与光波的传播方向以及偏振状态有关。这种产生双折射现象的晶体叫做双折射晶体。如图1所示，当一束光波投射到方解石晶体界面时，可以产生两束折射光，且传播方向和传播速度不同。
3.双折射晶体的作用类似于两个透振方向互相垂直的起偏器。目前，双折射晶体在我们实际生活中有很多用处。比如说可用于各种偏振器件，如光学偏振器、分束器、波片、循环器和相位匹配器件等。在过去的几十年里，已经合成和发展了很多种双折射材料，包括yvo4、tio2、linbo3、caco3、mgf2和a-bab2o4(a-bbo)晶体。其中，工业方解石、yvo4和a-bab2o4被广泛地用作偏振器和补偿器。但由于这类晶体的应用范围有限，迫切需要大双折射材料的设计与合成，这也是当前研究的热点。
4.在上述双折射材料中，简单二元卤化物mgf2最显著的特性是其超宽的透明范围(130nm-8μm)，是目前最常用的深紫外双折射材料。然而，由于其双折射偏小(0.012@546nm)，其实际应用受到了严重的限制。caco3是目前商业中最常见的双折射材料，可用于可见光或者紫外区域。但由于其是一种天然的矿物，含有很多杂质，很难制作成光学质量高的偏振光棱镜。yvo4晶体具有较大的双折射，在532nm处的双折射率约为0.216，但该晶体在400nm以下的波长不透明，一般只适用于近红外范围。虽然α-bab2o4晶体具有良好的综合性能，但其双折射比yvo4和金红石小，这阻碍了光学元件的小型化，给制造小型光学元件带来了挑战。
5.因此，研究发明一种易于生长单晶，低成本、性能优异且具有强光学各向异性的新型紫外双折射晶体来用于紧凑型光学元件具有重要的科学技术意义。


技术实现要素：

6.本发明的目的是提供一种双折射晶体及其制备方法，可以解决上述问题。
7.为达上述目的，本发明提供了一种双折射晶体，化学式为asb(c2o4)f2(h2o)，其中，a为rb或c(nh2)3，双折射晶体在546nm处的双折射率为0.165～0.339。
8.进一步地，化学式为[c(nh2)3]sb(c2o4)f2(h2o)或rbsb(c2o4)f2(h2o)。具体的，[c(nh2)3]sb(c2o4)f2(h2o)晶体在546nm处的双折射率为0.339，rbsb(c2o4)f2(h2o)晶体在546nm处的双折射率为0.165。
(h2o)或[c(nh2)3]sb(c2o4)f2(h2o)晶体制造的棱镜的胶合处，4、5是产生的两种不同折射率的光束，其中4是非常光(e光)，5是寻常光(o光)；
[0035]
图3为rbsb(c2o4)f2(h2o)单晶研磨成粉末后的衍射图；
[0036]
图4为rbsb(c2o4)f2(h2o)单晶研磨成粉末后的衍射图与计算机拟合的衍射图对比图；
[0037]
图5为用密度泛函法(dft)计算rbsb(c2o4)f2(h2o)的双折射率结果图；
[0038]
图6为rbsb(c2o4)f2(h2o)晶体的结构示意图；
[0039]
图7为[c(nh2)3]sb(c2o4)f2(h2o)晶体的结构示意图；
[0040]
图8为[c(nh2)3]sb(c2o4)f2(h2o)单晶研磨成粉末后的衍射图；
[0041]
图9为[c(nh2)3]sb(c2o4)f2(h2o)单晶研磨成粉末后的衍射图与计算机拟合的衍射图对比图；
[0042]
图10为用密度泛函法(dft)计算[c(nh2)3]sb(c2o4)f2(h2o)的双折射率结果图。
具体实施方式
[0043]
以下结合实施例对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品，且为分析纯。
[0044]
实施例1
[0045]
本实施例提供了一种水热反应合成[c(nh2)3]sb(c2o4)f2(h2o)单晶的方法，包括以下步骤：
[0046]
(1)称取原料：二水合草酸0.126g、碳酸胍0.090g、三氟化锑0.179g以及去离子水3ml；
[0047]
(2)将原料混合后，装入23ml聚四氟乙烯内衬中，再套入不锈钢外壳后拧紧，将其置于85℃的恒温干燥箱中恒温144h，随后从干燥箱取出，在室温下冷却，得到5mm
×
2mm
×
1mm毫米级无色透明单晶；
[0048]
(3)经过母液以及去离子水对其进行多次冲洗至表面无杂质后得到双折射晶体水合氟草酸锑胍，其中母液为单晶析出后的液体。
[0049]
实施例2
[0050]
本实施例提供了一种低温固相合成[c(nh2)3]sb(c2o4)f2(h2o)单晶的方法，包括以下步骤：
[0051]
(1)称取原料：二水合草酸0.126g、碳酸胍0.180g和三氟化锑0.179g；
[0052]
(2)将原料按比例混合并用研钵研磨均匀后，装入聚四氟乙烯管中，将其置于100℃的恒温干燥箱中恒温72h，随后从干燥箱取出，在室温下冷却，得到3mm
×
2mm
×
1mm的毫米级无色透明单晶；
[0053]
(3)经过无水乙醇冲洗单晶至表面无杂质后得到双折射晶体水合氟草酸锑胍。
[0054]
实施例3
[0055]
本实施例提供了一种水热反应合成[c(nh2)3]sb(c2o4)f2(h2o)单晶的方法，包括以下步骤：
[0056]
(1)称取原料：二水合草酸0.126g、硫酸胍0.216g、三氟化锑0.179g以及去离子水3ml；
[0057]
(2)将原料混合后，装入23ml聚四氟乙烯内衬中，再套入不锈钢外壳后拧紧，将其置于85℃的恒温干燥箱中恒温120h，随后从干燥箱取出，在室温下冷却，得到4mm
×
1.5mm
×
0.5mm毫米级无色透明单晶；
[0058]
(3)经过母液以及去离子水对单晶进行多次冲洗至表面无杂质后得到双折射晶体水合氟草酸锑胍，其中母液为单晶析出后的液体。
[0059]
实施例4
[0060]
本实施例提供了一种溶剂挥发法合成[c(nh2)3]sb(c2o4)f2(h2o)单晶的方法，包括以下步骤：
[0061]
(1)称取原料：二水合草酸0.126g、碳酸胍0.180g和三氟化锑0.358g；
[0062]
(2)将原料混合后，加入去离子水5ml并搅拌使其溶解。用快速滤纸将未溶解的物质过滤，并将清液倒入塑料烧杯中。然后再将其置于5℃的冰箱中，等待10～15天，随后从冰箱取出，得到4mm
×
3mm
×
0.5mm毫米级无色透明单晶；
[0063]
(3)经过去离子水冲洗单晶至表面无杂质后得到双折射晶体水合氟草酸锑胍。
[0064]
实施例5
[0065]
本实施例提供了一种溶剂挥发法合成[c(nh2)3]sb(c2o4)f2(h2o)单晶的方法，包括以下步骤：
[0066]
(1)称取原料：二水合草酸0.063g、硫酸胍0.216g和三氟化锑0.179g；
[0067]
(2)将原料按比例混合后，加入去离子水5ml并搅拌使其溶解。用快速滤纸将未溶解的物质过滤，并将清液倒入塑料烧杯中。然后再将其置于5℃的冰箱中，15天左右从冰箱取出，得到5mm
×
1mm
×
0.5mm毫米级无色透明单晶；
[0068]
(3)经过去离子水冲洗单晶至表面无杂质后得到双折射晶体-水合氟草酸锑胍。
[0069]
实施例6
[0070]
本实施例提供了一种水热反应合成rbsb(c2o4)f2(h2o)单晶的方法，包括以下步骤：
[0071]
(1)称取原料：二水合草酸0.252g、碳酸铷0.231g和三氟化锑0.358g；
[0072]
(2)将原料按比例混合后，加入3ml去离子水混合均匀，装入23ml聚四氟乙烯内衬中，再套入不锈钢外壳后拧紧，将其置于85℃的恒温干燥箱中恒温120～144h，随后从干燥箱取出，在室温下冷却，得到4mm
×
1.5mm
×
0.5mm毫米级无色透明单晶；
[0073]
(3)经过母液以及无水乙醇对其进行多次冲洗至表面无杂质后得到双折射晶体-水合氟草酸锑铷，其中母液为单晶析出后的液体。
[0074]
实施例1中制备得到的晶体[c(nh2)3]sb(c2o4)f2(h2o)的单胞结构如图7所示。将单晶研磨碎后进行粉末xrd衍射测试，衍射图谱如图8所示，将其与计算机拟合的衍射图对比，如图9所示，测试结果与通过xrd拟合图谱相一致。使用密度泛函法(dft)计算了[c(nh2)3]sb(c2o4)f2(h2o)的双折射率，其在546nm处的双折射率约为0.339(如附图中图10所示)，比目前商业化的双折射材料都大。[c(nh2)3]sb(c2o4)f2(h2o)单晶无色透明，且化学稳定性好。另外，它的紫外吸收边为303nm。可以预测，[c(nh2)3]sb(c2o4)f2(h2o)将在双折射材料中获得应用，并将开拓紫外波段的线性光学应用。
[0075]
实施例6中制备得到的rbsb(c2o4)f2(h2o)晶体的单胞结构如图6所示。使用密度泛函法(dft)计算了rbsb(c2o4)f2(h2o)的双折射率，其在546nm处的双折射率约为0.165(如图5所示)，比著名的双折射材料a-bab2o4(0.122@546nm)还大。它的紫外吸收边为321nm。另外，rbsb(c2o4)f2(h2o)单晶无色透明，且化学稳定性好。
[0076]
将单晶研磨碎后进行粉末xrd衍射测试，衍射图谱如图3所示，将其与计算机拟合的衍射图对比，如图4所示，测试结果与通过xrd拟合图谱相一致。
[0077]
虽然对本发明的具体实施方式进行了详细地描述，但不应理解为对本专利的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可作出的各种修改和变形仍属本专利的保护范围。