科研獲得開放體系生長並具有高損傷閾值的紅外倍頻晶體

2020-12-05 OFweek維科網

　　利用紅外倍頻晶體進行雷射變頻是獲得光通訊兩個大氣窗口3-5μm和8-12μm雷射源的重要手段，在軍事和民用領域都有著極為重要的應用價值。目前可商業應用的紅外波段倍頻晶體AgGaQ2(Q=S,Se)和ZnGeP2等存在兩大缺陷，即較小的雷射損傷閾值阻礙其在高功率雷射器上的應用以及需要在密閉體系生長避免原料氧化，單晶生長難度較大。這兩大局限性嚴重阻礙了它們的應用範圍，因此，探索具有高雷射損傷閾值、適中倍頻效應且易於生長製備的新型紅外倍頻晶體材料仍然是該領域的研究難點和熱點。

　　中科院特殊環境功能材料與器件重點實驗室光電功能晶體材料團隊基於氧化物體系，引入電負性較大的滷素離子及易產生二階姜泰勒效應的Pb2+離子成功獲得一種性能優異的紅外倍頻晶體Pb17O8Cl18（POC）。POC晶體在1064nm和2090nm處的倍頻效應分別為4倍KDP和2倍AgGaS2，兩波段均能實現一類相位匹配；通過引入滷素Cl-和重金屬Pb2+,POC晶體的紫外和紅外截止邊分別擴展至0.34μm和13.9μm，覆蓋了兩個紅外大氣窗口。最重要的是POC有效克服了目前商業紅外倍頻材料的兩大缺陷：（1）POC具有較高的雷射損傷閾值，為AgGaS2的12.8倍，可以保證其在更高功率雷射系統中的應用；（2）POC可在開放體系生長，大大降低了傳統紅外倍頻晶體在封閉系統中生長的難度，該研究團隊已在開放體系成功生長出尺寸為7mm×2mm×2mm的POC晶體。POC晶體將成為紅外雷射倍頻領域中一種具有重要應用前景的材料。該研究團隊下一步將系統研究POC晶體生長工藝，製備可供單晶元器件加工的高質量單晶。

　　該研究成果已於近期發表在J.Am.Chem.Soc.上。相關研究工作得到國家自然科學基金、中科院「西部之光」項目、自治區國際合作項目、國家973等項目資助。

開放體系生長的Pb17O8Cl18晶體及其線性、非線性光學性質

相關焦點

  • JACS:新型紅外非線性光學晶體材料Na2ZnGe2S6
    作為紅外固體雷射器的核心器件，紅外非線性光學晶體起著關鍵的作用，雖然已有AgGaQ2（Q=S，Se）和ZnGeP2商業化晶體，但由於非線性係數和雷射損傷閾值兩者不能很好地平衡，因此仍缺乏性能優良的紅外非線性光學晶體，繼續探索具有大倍頻、高損傷閾值、寬透過範圍、易生長的紅外非線性光學晶體仍是該領域的研究熱點
  • 新疆理化所發表新型紅外非線性光學材料綜述文章
    因此，繼續探索具有大倍頻、高損傷閾值、寬透過範圍、易生長的紅外非線性光學晶體仍是該領域的熱點，而獲得綜合性能平衡的材料的研究策略的總結和新材料設計思路的有效性對該領域的發展起著重大作用該工作總結了近年來全球範圍內探索報導的49種具有綜合性能平衡的新材料，並從中總結出能夠獲得優良性能材料的方法，該工作對未來從事紅外非線性光學晶體材料的探索具有指導意義。
  • 金屬氟碘酸鹽非線性光學晶體研究獲進展
    中紅外（3-5μm）雷射因在雷射通訊，雷射調控和雷射醫學等領域有廣泛的應用而備受關注。傳統的紅外晶體AgGaS2和ZnGeP2可用於中紅外波段，但因其損傷閾值較低，限制其實際應用。碘酸鹽非線性光學晶體材料通常可實現大的二階非線性光學效應、高的雷射損傷閾值、寬的透光範圍（紫外-中紅外）、適中的雙折射，是一種具有潛力的非線性光學晶體。
  • 我國科學家設計金屬氟碘酸鹽非線性光學晶體
    中紅外（3-5μm）雷射因在雷射通訊，雷射調控和雷射醫學等領域有廣泛的應用而備受關注。傳統的紅外晶體AgGaS2和ZnGeP2可用於中紅外波段，但因其損傷閾值較低，限制其實際應用。碘酸鹽非線性光學晶體材料通常可實現大的二階非線性光學效應、高的雷射損傷閾值、寬的透光範圍（紫外-中紅外）、適中的雙折射，是一種具有潛力的非線性光學晶體。
  • 福建物構所金屬氟碘酸鹽非線性光學晶體研究獲進展
    中紅外（3-5μm）雷射因在雷射通訊，雷射調控和雷射醫學等領域有廣泛的應用而備受關注。傳統的紅外晶體AgGaS2和ZnGeP2可用於中紅外波段，但因其損傷閾值較低，限制其實際應用。碘酸鹽非線性光學晶體材料通常可實現大的二階非線性光學效應、高的雷射損傷閾值、寬的透光範圍（紫外-中紅外）、適中的雙折射，是一種具有潛力的非線性光學晶體。
  • 不同波長三倍頻DKDP晶體的雷射損傷
    採用傳統降溫法，利用高純原料從氘化程度為80％的溶液生長了四方相磷酸二氘鉀（DKDP）晶體，並按Ⅱ類三倍頻方式切割晶體。三倍頻用DKDP晶體的最大問題在於其抗光傷閾值低於KDP晶體，嚴重限制了雷射輸出的能量密度和晶體使用壽命。考察了不同波長下三倍頻DKDP晶體的損傷閾值，以及雷射退火效應。
  • 3分鐘了解雷射自倍頻晶體
    雷射倍頻在雷射技術中被廣泛採用，為得到波長更短的雷射可多級倍頻，目前已達到實用化的程度，並且有商品化的器件和裝置，具有非常廣泛的應用。自倍頻雷射晶體是通過在非線性光學晶體中摻入激活離子（通常是Nd3+或Yb3+），使其同時具有雷射發射和非線性光學倍頻兩種功能，在產生紅外波長的基頻光的同時對其進行倍頻。
  • 相位匹配紅外NLO晶體材料研究取得進展
    中遠紅外非線性光學（NLO）晶體材料在雷射雷達、雷射通訊、紅外遙測、光電對抗等領域具有重要應用。相位匹配是NLO材料獲得實際應用的關鍵條件，目前主要通過調控晶體的雙折射率來補償基頻光和倍頻光的折射率差，進而實現NLO晶體材料的相位匹配。
  • 福建物構所中遠紅外非線性光學晶體材料研究獲系列進展
    中遠紅外二階非線性光學（MFIR-NLO）晶體材料在資源探測、光電對抗、空間反導、國防通訊等方面有著重要的應用。目前商業化的MFIR-NLO晶體材料(例如，AgGaQ2（Q=S，Se）和ZnGeP2等)存在多方面的性能缺陷，限制了它們的應用範圍。
  • 大尺寸KTP晶體應用及發展
    KTP，即磷酸鈦氧鉀（KTiOPO4）晶體是一種優良的非線性（NLO）晶體，適用於製作Nd紅綠雷射器二倍頻(Frequency doubling，SHG)器件。該晶體對波長1064nm倍頻效率可達80%左右，在900℃下不分解，晶體表面易拋光加工。
  • 【材料】CsVO2F(IO3):具有三維釩碘酸陰離子骨架的二階非線性晶體
    非線性光學（NLO）材料目前已經被廣泛應用於軍事、科研、醫學及工業用途的雷射變頻技術。
  • 金屬磷酸鹽倍頻晶體的設計與合成研究獲進展
    金屬磷酸鹽NLO晶體具有深紫外透過、較高的熱穩定性以及易於大尺寸晶體生長的特性。
  • 福建物構所碘酸鹽二階非線性光學晶體的設計與合成獲進展
    近年來，具有非中心對稱的無機晶體材料，基於它們可能存在的二階非線性、鐵電、壓電和熱釋電性能而受到廣泛關注。金屬碘酸鹽晶體因具有較強的倍頻效應、較寬的透過波段、較高的熱穩定性和光學損傷閾值在二階非線性光學晶體材料領域佔有非常重要的地位。
  • 福建物構所金屬磷酸鹽倍頻晶體的設計與合成研究獲進展
    金屬磷酸鹽NLO晶體具有深紫外透過、較高的熱穩定性以及易於大尺寸晶體生長的特性。在該體系中，利用磷酸根的縮合、引入強畸變的d0-TM（過渡金屬）多面體以及引入易於極化的陽離子框架（Cd2+、 Pb2+、Bi3+等）等設計策略，無機材料學家們獲得了一系列磷酸鹽非線性光學晶體材料。
  • 打造瑰麗的「水晶宮」 ——記山東大學晶體材料科研創新團隊
    目前晶體材料國家重點實驗室已發展成為我國一個由材料學、凝聚態物理兩個國家級重點學科和材料科學與工程、物理學、化學三個一級學科博士點支撐的高層次人才培養基地和高科技成果輻射基地。    山東大學晶體材料科研創新團隊是一支具有凝集力和歸屬感的團隊。
  • 鍺(矽)酸鹽倍頻晶體設計與合成獲進展
    金屬鍺酸鹽通常作為閃爍晶體(BGO)和毫米器件被報導。將Ge、Si引入到硼酸鹽中，無機材料學家們獲得了一系列硼鍺、硼矽酸鹽非線性光學晶體材料。
  • 雷射晶體的現狀及發展趨勢分析
    與Nd3+等其他稀土離子相比，由於Yb3+離子在晶場中具有強的電一聲子耦合效應，摻Yb雷射介質普遍具有較寬的吸收和發射帶，有利於產生超短脈衝．通過選擇或設計合適的基質晶體，可以獲得更短的雷射脈衝．例如，最初採用Yb：YAG，產生的雷射脈寬為340fs。之後開展了大量具有寬帶發射特性的摻Yb雷射介質的研究工作，並獲得了很大的進展。
  • 雷射自倍頻晶體及綠光雷射器件項目獲國家技術發明二等獎
    山東大學晶體材料研究所王繼揚教授完成的「硼酸鹽雷射自倍頻晶體和小功率綠光雷射器件商品化製備技術及應用」項目榮獲國家技術發明二等獎。此外，山東大學作為合作單位獲得一項國家科技進步二等獎。　　王繼揚教授及其課題組在國家自然科學基金和「973」專項支持下，在蔣民華院士學術思想指導下，堅持複合功能晶體研究，與中科院理化所許祖彥院士課題組合作，突破傳統思想，發現硼酸鈣氧鹽類晶體的最大有效非線性係數在非主平面方向。
  • 一文了解「三大基礎雷射晶體材料」
    目前全固態雷射器中，用的最基本的雷射基質材料是雷射晶體，它們可將外界提供的能量通過光學諧振腔轉化為在空間和時間上相干的具有高度平行性和單色性雷射。經過幾十年的發展，雷射基質晶體已從最初的數種增加到幾十種，其中應用最廣泛的有三種，分別是摻釹釔鋁石榴石（Nd:YAG）；摻釹礬酸釔（Nd:YVO4）和摻鈦藍寶石（Ti:Al2O3），它們也被統稱為「三大基礎雷射晶體」。