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理化所发现深紫外非线性光学羟基硼酸盐
更新日期:2020-09-23  

  深紫外非线性光学(NLO)晶体通过频率转换产生深紫外相干光源(波长小于200纳米),是当前深紫外全固态激光技术的核心元件。就当前应用标准而言,深紫外NLO性能需同时满足较好的深紫外透过率、较大的倍频效应以及足够的双折射率等要求。然而,满足此标准的晶体材料较罕见,寻找既有足够大的光学带隙、又能呈现足够强的二阶极性和光学各向异性的深紫外晶体,较为困难。

  近日,中科院理化所林哲帅课题组将深紫外非线性材料研究推进到羟基硼酸盐体系,从第一性原理出发系统评估羟基硼酸盐呈现出的潜在深紫外NLO性能,发现羟基硼酸阴离子基团可以呈现媲美氟硼酸阴离子基团的深紫外NLO性能,设计ABOH深紫外NLO结构,并分析系列羟基硼酸盐材料的晶体结构与非线性性能的演化规律。同时,在理论分析和预测的指导下,通过实验获得从无机晶体数据库中筛选出的两种碱土金属羟基硼酸盐化合物,即AEB8O15H4 (AE = Sr, Ca)。初步的实验测量包括粉末吸收光谱和倍频效应与理论计算结果吻合,较好地证实理论的预测,即其具有较大的晶体带隙、较强的倍频效应和足够的双折射率,因而理论上可以实现最短174纳米和185纳米的深紫外相位匹配倍频输出,证明羟基硼酸盐能够呈现出一定的深紫外NLO性能。作者表示,其能否作为深紫外NLO晶体候选材料,还需进一步落实到大尺寸晶体生长和更严格的光学表征上。后续研究正在开展之中。

  相关研究成果“Realizing deep-ultraviolet second harmonic generation by first-principles-guided materials exploration in hydroxyborates”发表在J. Am. Chem. Soc.期刊上(DOI: 10.1021/jacs.0c07256)。

  

  深紫外非线性光学羟基硼酸盐的倍频效应与相位匹配能力

  (摘自中科院理化技术研究所