本發明涉及一種CsZn2B3O7化合物、CsZn2B3O7非線性光學晶體、該CsZn2B3O7晶體的制備方法和該晶體用于制作非線性光學器件的用途。

背景技術：
晶體的非線性光學效應是指這樣一種效應：當一束具有某種偏振方向的激光按一定方向通過一塊非線性光學晶體時，該光束的頻率將發生變化。具有非線性光學效應的晶體稱為非線性光學晶體。利用晶體的非線性光學效應，可以制成二次諧波發生器和上、下頻率轉換器以及光參量振蕩器等非線性光學器件。利用非線性光學晶體進行頻率變換的全固態激光器是未來激光器的一個發展方向，而其關鍵在于獲得優秀的非線性光學晶體。目前，應用于紫外波段的非線性光學晶體主要有2-BaB2O4（BBO）、LiB3O5（LBO）、CsLiB6O10（CLBO）和K2Be2BO3F2（KBBF）等，但它們都存在各自的不足之處。例如，LBO的雙折射率都比較小，不能實現1064nm波長激光的四倍頻輸出；BBO的雙折射率偏大，用于1064nm波長激光的四倍頻輸出時存在光折變效應，限制了其輸出功率和光束質量；而CLBO極易潮解，難以實現商業化應用；KBBF則由于其嚴重的層狀生長習性，導致其難以獲得c向厚度大的晶體。因此，探索綜合性能優異的新型紫外非線性光學晶體仍然是迫切而必要的。根據陰離子基團理論，含共軛鍵的(BO3)3-基團具有相對較大的微觀倍頻系數，當這些(BO3)3-基團排列方向一致時會產生大的宏觀倍頻系數；同時，其平面構型有利于產生較大的雙折射以實現紫外波段的相位匹配；另外，(BO3)3-基團具有較寬的帶隙，有利于紫外光的透過和抗激光損傷閾值的提高。因此，(BO3)3-基團被認為是設計合成紫外和深紫外非線性光學晶體的最佳基團之一。目前唯一能夠直接倍頻輸出深紫外激光的晶體KBBF，其基本結構基元即是(BO3)3-基團。在KBBF晶體結構中，由(BO3)3-與(BeO3F)5-構筑的平面層之間通過弱的K+-F-離子鍵連接，這導致KBBF晶體呈現出嚴重的層狀生長習性。因此，發明人設計合成一種新型紫外非線性光學材料：在該材料中，(ZnO4)6-四面體取代(BeO3F)5-四面體與(BO3)3-基團一起構筑一種新的平面層[Zn2BO5]∞；同時，利用(B3O6)3-基團充當平面層與層之間的連接媒介以增強層間連接力；另外，引入陽離子填入層間空隙并維持電荷平衡。這樣一來，一方面由于(ZnO4)6-四面體的微觀二階非線性光學效應不可忽略，其幾何疊加將導致所得材料具有更大的宏觀非線性光學效應；另一方面，層與層之間依靠(B3O6)3-基團作為連接媒介，層間連接更緊密，所得新材料將克服或大大減輕層狀生長習性。基于此，本發明人在大量探索的基礎上，完成了本發明。晶體結構分析和粉末倍頻測試等都表明這種設計是切實可行的。

技術實現要素：
本發明的目的之一在于提供一種化學式為CsZn2B3O7的化合物。本發明的目的之一在于提供一種CsZn2B3O7化合物的制備方法。本發明的目的之一在于提供一種CsZn2B3O7非線性光學晶體。本發明的目的之一在于提供CsZn2B3O7晶體的制備方法。本發明的目的之一在于提供CsZn2B3O7非線性光學晶體的用途。本發明的技術方案如下：（1）一種化學式為CsZn2B3O7的化合物。（2）一種CsZn2B3O7化合物的制備方法，其特征在于，采用固相反應法制備，所述方法包括如下步驟：將含Cs化合物、含Zn化合物和含B化合物以化學計量比均勻混合后，以不大于150℃/h的速率升溫到500℃并預燒結24h以上，然后降溫取出研磨均勻，再以不大于200℃/h升溫到800℃燒結72h以上，中途取出研磨1次以上，即可得純相的該化合物。以下是幾個典型的可以得到CsZn2B3O7化合物的反應:(a)Cs2CO3+4ZnO+6H3BO3=2CsZn2B3O7+CO2↑+9H2O↑(b)CsHCO3+2ZnCO3+3H3BO3=CsZn2B3O7+3CO2↑+5H2O↑(c)CsOH+2Zn(OH)2+3H3BO3=CsZn2B3O7+7H2O↑(d)Cs2CO3+4ZnO+3B2O3=2CsZn2B3O7+CO2↑(e)4CsNO3+8ZnO+6B2O3=4CsZn2B3O7+4NO2↑+O2↑（3）一種CsZn2B3O7非線性光學晶體，其化學式為CsZn2B3O7，該晶體不含對稱中心，屬于正交晶系Cmc21空間群，晶胞參數為Z=12。（4）一種制備CsZn2B3O7非線性光學晶體的方法，其特征在于，采用助熔劑法生長CsZn2B3O7非線性光學晶體，所述助熔劑為Cs2O-ZnF2-B2O3助熔劑體系。（5）根據（4）的方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟：將所述含Cs化合物、含Zn化合物、ZnF2和含B化合物以摩爾比Cs：Zn：ZnF2:B=3-5：1-2：3：8-12混合并研磨均勻，放入鉑金坩堝中升溫至700℃燒結1-2天后降至室溫。再加入和原料中含B化合物等重的含B化合物，混合研磨均勻后在坩堝中熔化，在高溫熔體表面或熔體中生長晶體。根據本發明，所述生長晶體的條件為，降溫速率：0.2～5℃/天，優選0.2～1℃/天；轉速：0～50轉/分，優選10～40轉/分；旋轉方向：單向旋轉或雙向旋轉（如可逆雙向旋轉）。根據本發明，待晶體生長到所需尺度后，提升籽晶桿，使晶體脫離液面，以不大于100℃/小時（優選小于50℃/小時）的速率降溫至室溫，即可得CsZn2B3O7非線性光學晶體。（6）根據（2）和（4）的方法，其特征還在于，所述含Cs化合物選自碳酸銫、碳酸氫銫、硝酸銫或氫氧化銫；所述含Zn化合物選自氧化鋅、碳酸鋅或氫氧化...