紫外非線性光學材料研究獲進展

圖1. RbCaCO₃F的晶體結構

圖2. [CO₃]陰離子基團的不同排列方式

雷射光源的波長拓展很大程度上取決於頻率轉換器件材料非線性光學晶體的變頻能力。隨著雷射在紫外和深紫外波段應用的日益重要，如何設計合成性能更優的硼酸鹽非線性光學材料以及硼酸鹽以外的紫外和深紫外非線性光學材料是當前研究的重點和熱點。

 

紫外倍頻材料目前以硼酸鹽為主，特別是具有BO₃三角形基團的硼酸鹽具有大的倍頻係數、合適的雙折射率和寬的紫外截止邊等特性，但是在無機化合物中具有平面共軛電子結構的單元很少。福建物質結構研究所中科院光電材料化學與物理重點實驗室葉寧研究員領導的課題組在國家自然科學基金和中科院重要方向項目的資助下，以同樣是具有平面三角形結構的碳酸鹽為研究對象，通過精確控制晶格中鹼金屬和鹼土金屬陽離子的相對大小，實現了CO₃結構基團共面平行排列，獲得了一系列非線性光學效應為3～4倍KDP的系列碳酸鹽晶體ABCO₃F (A = K, Rb, Cs, B = Ca, Sr, Ba)。由於碳酸鹽在高溫下易分解，常規方法獲得碳酸鹽大單晶長期以來是一個未解決的難題。該研究小組採用鹼土金屬碳酸鹽與鹼金屬氟化物形成低熔點復鹽的的思路，成功地實現在碳酸鹽分解溫度以下的單晶生長。該研究不僅開闢了碳酸鹽非線性光學晶體探索的研究方向，也為碳酸鹽的大晶體生長提供了思路，相關研究成果發表在美國化學學會會志上（J. Am. Chem. Soc., 2011, DOI: 10.1021/ja209276a）。

 

此外，該研究小組採用提高有效非線性基團密度以提高化合物宏觀非線性光學性能為思路，設計合成了一系列具有BO₃基團共面排列的層狀鹼金屬硼酸鹽化合物，並且巧妙地採用不同大小的基團片段作為層間連接以調控BO₃基團密度，揭示了結構與性能關係，獲得了4個具有高BO₃基團密度和較大非線性光學效應的紫外晶體（J. Am. Chem. Soc., 2011, 133, 1145；J. Am. Chem. Soc., 2010, 132, 8779）。（來源：中科院福建物質結構研究所）

 

 

 

 

 

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