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磷酸二氢钾与光学材料

发信人: vivian123 版面: 人文学术浏览: 44118 回复: 0

1 楼 vivian123 发表于: 2016/5/24 10:39:23 编辑

提到磷酸二氢钾，大家会想到什么呢?如果是没有化学常识的人，会说‘嗯，是一种化学物质’。至于是作什么用的，却不甚了然；对化学有一定了解的，会说‘一种磷酸盐，嗯，溶于水，水溶液可能呈酸性’等等；分析测试人员也学会说的更深入一些‘用于配制缓冲液，测定砷、锑、磷、铝和铁等；配制磷标准液，配制培养基，以测定血清中无机磷、碱性磷酸酶活力等’；而从事食品行业科研工作的人会知道它可以用作食品添加剂；医药领域的人也许会知道它可使尿酸化，作为营养剂，也作为合成药物的原料；肥料领域的人说它是高效磷钾肥等等。那么其它的呢，还有没有我们所不熟悉的用途呢。答案是肯定的。磷酸二氢钾或者说KDP还有一种比较重要的用途，那就是作为非线性光学材料使用。
什么是非线性光学材料
首先解释一下什么是非线性光学材料，这个貌似高大上的名词，产生于1961年，话说当时一个叫Franken的人带领他的小伙伴，用红宝石激光照射石英晶体然后用棱镜光谱仪去分析透射的光。结果发现，在光谱上除了基频信号外，还有一个很弱的二倍频的斑点，首次证实了二倍频的产生。不过，事情还没有结束，当他高高兴兴把文章交给Physical Review Letter杂志时，该杂志的印刷人员却以为光谱中的倍频斑点是个污点，就好心将它抹去，因此也抹掉了文章中二倍频产生的唯一证据。不过，幸好他的实验结果不胫而走，当哈佛大学的Bloembergen一干人等听说后，立即对一些基本的非线性光学问题做了严格的理论分析，进而奠定了非线性光学的理论基础。在以后的近二十年的孤独岁月里，Bloembergen持续在非线性光学领域燃烧着自己的青春，最终奠定了其在非线性光学领域的宗师地位。当然，在1980年，出于他在非线性光谱学的杰出贡献，该次的诺贝尔物理学奖就授予了他。

那这个非线性光学材料是什么，又是干嘛用的呢？所谓非线性光学材料，是指一类受外部光场、电场和应变场的作用，频率、相位、振幅等发生变化，从而引起折射率、光吸收、光散射等变化的材料，它能够进行光波频率转换和光信号处理，例如利用混频现象实现对弱光信号的放大、利用非线性响应实现光记录和运算功能等，因此在激光、通讯、电子仪器及医药器材等领域有重要的应用价值。好了，清楚了吧，简单说来就是对光的基础性质进行放大缩小或者做其它改变的一种材料。
磷酸二氢钾的光学用途
可见磷酸二氢钾是拥有高贵的应用血统的，并不是只能作为简单的化学试剂、食品添加剂、酸碱缓冲剂等来使用的。当然了，能够作为非线性光学材料的物质也是相当多的，什么有机的、无机的不一而足。不过，磷酸二氢钾晶体作为最早得到应用的非线性晶体之一,它的非线性光学系数，至今仍作为晶体非线性性质的参比标准。看来不光是出名要趁早，这入行也是要趁早啊！

KDP晶体
那么，磷酸二氢钾晶体作为非线性光学材料到底有什么用呢？根据现有的研究结果，主要有如下用途：
1. 用来制作声纳和民用压电换能器（一种水里用的探测器）；
2.用来制作电光调制器、偏转器和固态光阀显示器（就是显示器啦）；
3.对波长为1.064微米的激光实现二倍频、三倍频和四倍频，也可以对染料激光器实现二倍频，并通常用作一般晶体的相对倍频系数的标准参比；
4.用来制作高功率激光的倍频器和参量振荡器；
5.用来制作激光Q开关（巨脉冲发生器，是一种产生脉冲激光的技术，据说可以用于美容，真是广大女性的福利），并可与激光器组成Q开关激光器，用于产生巨脉冲激光。
这样看来，磷酸二氢钾晶体的用途还是蛮多的嘛，然而，你绝对想不到，它还有一项在未来的能源领域极有作用的应用。英文简写叫ICF，中文名叫“惯性约束核聚变”，是一种可控的热核反应。大家都知道，核能是我们面对能源枯竭的重要选择之一，一旦可以实现商业化和平民化应用，那将是多么美妙的事。磷酸二氢钾就参与到了造福人类社会的伟大事业中，当然，它是通过控制激光，来作用于ICF的。
后记
好了，说了这么多磷酸二氢钾有多么牛，那么，它如何获取呢？有点化学知识的人会说，很简单嘛，拿磷酸和碳酸钾按一定摩尔比混合不就得到了。当然，这样确实能得到磷酸二氢钾，但它是无法用在光学材料方面的。原因嘛，就是纯度，结晶度，晶形什么的达不到要求。下周我们会继续介绍磷酸二氢钾晶体的制备方法。有兴趣的同学，别忘了加关注哟！
参考资料：
1.百度百科
2.好磷网—磷字典
3.百度文库
4.《非线性光学晶体材料科学》(第二版) 张克从，王希敏