我國深紫外非線性光學晶體材料研究獲突破
2020-12-06 太平洋電腦網資訊中心我國深紫外非線性光學晶體材料研究獲突破
深紫外（λ < 200 nm）非線性光學（NLO）晶體是獲得全固態深紫外 雷射 的必不可少的晶體材料。目前只有我國科學家陳創天等發明KBe2BO3F2 (KBBF) 晶體能在實際中直接倍頻輸出深紫外雷射。KBBF晶體已經被我國用於發展一系列獨有的相關深紫外固體雷射技術和雷射源裝備，並在眾多前沿科學研究中獲得了重要應用。然而，KBBF晶體存在難以克服的本徵缺陷，如原料鈹元素有劇毒、存在嚴重的層狀生長習性，從而極大地制約了其商業化生產和應用進程。因此，世界各國科研機構都在積極探索發展新一代的深紫外NLO晶體材料。
探索新型深紫外NLO晶體的關鍵科學問題在於新材料需要同時滿足「深紫外透過-大倍頻效應-較大雙折射」相互矛盾性能指標。中國科學院新疆理化技術研究所中科院特殊環境功能材料與器件重點實驗室潘世烈課題組近期通過系統總結含滷素硼酸鹽體系（Coord. Chem. Rev. 2016, 323, 15），基於材料模擬方法提出了一種將(BO3F)4-功能基團引入硼酸鹽框架的設計策略；基於該策略，成功篩選出一系列很有潛力的含氟硼酸鋰深紫外NLO晶體（Angew. Chem. Int. Ed.2017, 56, 3916）。在此工作基礎上，科研人員借鑑KBBF晶體的結構特徵，進一步通過以NH4+替代K+，(BO3F)4-替代(BeO3F)5-，成功設計合成了NH4B4O6F(ABF)晶體。實驗證明，該材料具有非常短的紫外截止邊（156nm），較大的倍頻係數（3×KDP），適中的雙折射能夠滿足深紫外相位匹配（最短匹配波長158nm）。同時，與KBBF相比，ABF的晶體結構更加緊湊，層間作用力顯著增強，從而消除了層狀生長習性，獲得了釐米級的晶體。此外，該材料原料不含劇毒鈹元素，且倍頻效應是KBBF的2.5倍，用於深紫外 雷射光源 可獲得更高的轉換效率。ABF綜合性能優異，有望成為下一代深紫外NLO晶體。
相關研究成果發表在《美國化學會志》上。該研究成果受到國家自然科學基金委、中科院和新疆科技廳等單位的大力支持。
(a) ABF深紫外透過光譜；(b) 折射率色散；(c) 相位匹配區間；(d) 倍頻效應
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新疆理化所無鈹無層狀習性深紫外非線性光學晶體研究獲進展
通過材料結構性能關係研究，建立功能基元資料庫，探索平衡制約性能微觀機理，篩選並引入新的功能基團來平衡矛盾綜合品質因子是突破深紫外用晶體的有效手段。 根據以上思路，中國科學院新疆理化技術研究所新型光電功能材料實驗室潘世烈研究團隊開展了系統研究。 -
新疆理化所合成新型氟化硼酸鹽深紫外非線性光學晶體
研究表明，這些材料都具有非常短的紫外吸收邊（<190nm），並且粉末倍頻效應為商業化KDP材料的0.8~1.9倍，同前面報導AB4O6F同族晶體一樣有望作為深紫外非線性光學晶體材料隨著雷射精密機械加工業、雷射化學、紫外雷射光譜學和雷射醫學等學科的飛速發展，人們迫切需要發展全固態深紫外相干光源，其關鍵突破點在於深紫外波段的非線性光學晶體的研製和應用。 -
深紫外非線性光學晶體KBe2BO3F2的發現、生長及其應用
新型深紫外非線性光學晶體KBe2BO3F2（以下簡稱KBBF）是目前世界上唯一一種能通過直接倍頻的方法產生Nd-基雷射六倍頻（波長為177.3納米）諧波光的材料。而中國科學院理化技術研究所功能晶體與雷射技術重點實驗室則是目前世界上唯一能提供KBBF晶體器件的實驗室。 -
短波長非線性光學晶體設計與合成研究獲進展
非線性光學晶體材料是重要的光電信息功能材料，在信息、能源、工業製造、醫學、科研等領域具有廣泛的應用前景。 -
非線性光學晶體研究取得進展
非線性光學晶體材料是重要的光電信息功能材料，在雷射頻率變換、信息通訊、光信號處理等眾多領域都具有廣泛而重要的應用。 -
張弛教授課題組在線發表紫外/深紫外非線性光學晶體研究成果
張弛教授課題組在線發表紫外/深紫外非線性光學晶體研究成果 來源：化學科學與工程學院 中國-澳大利亞功能材料國際聯合研究中心 時間：2018 -
福建物構所短波紫外非線性光學晶體研究獲進展
非線性光學（NLO）晶體是全固態雷射器的核心部件之一。探索兼具大的倍頻效應和短的相位匹配截止波長的短波紫外非線性光學晶體，是一項較有挑戰性的課題。中國科學院福建物質結構研究所光電材料化學與物理重點實驗室葉寧課題組基於功能基元替換的思想，以平面三角形基團[CO3]2-和四面體基團ZnO2(OH)2分別替換KBBF結構中的[BO3]3-和BeO3F基團，首次在碳酸鹽體系中構築一例具備KBBF結構特徵的新型羥基碳酸鹽紫外非線性光學晶體——NaZnCO3(OH)。 -
「新型紫外/深紫外硼酸鹽非線性光學材料的設計與製備研究」
2014年執行以來，圍繞紫外/深紫外非線性光學材料研發的關鍵科學問題和主要研究內容，以硼酸鹽材料結構設計-生長-表徵為研究思路，深入開展紫外/深紫外非線性光學晶體材料的設計與製備的原創性研究在材料合成製備與晶體生長方面：篩選出3種倍頻效應大於1倍KDP、截止邊小於200 nm的非線性光學材料；獲得一種具有大倍頻的磷酸鹽深紫外非線性光學晶體材料LiCs -
新疆理化所鹼金屬氟硼酸鹽深紫外非線性光學晶體研究取得進展
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量子通訊的重要部件「中國牌晶體」非線性光學晶體
眾所周知，中國量子通訊全球領先，不但發射了全球第一個量子通訊衛星「墨子號」，而且還利用「墨子號」順利完成了三大目標，使我國的量子通訊領先世界，京滬幹線也已正式投入使用！量子通訊由於其本身特有的量子糾纏狀態，使得它的通訊過程不可破解，因此非常安全。在國防、金融等戰略領域具有極其重大的意義。 -
一種非線性光學晶體材料相匹配區間藍移方案
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金屬氟碘酸鹽非線性光學晶體研究獲進展
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。 -
我國非線性光學晶體材料研究取得新進展
由於非線性光學晶體材料在雷射科學和技術領域的廣泛應用，設計、合成性能優異的新型非線性光學晶體材料一直是功能材料領域研究的前沿熱點。目前，國內外廣泛採取的設計思路包括在晶體中引入具有共軛平面結構的BO3基團，具有二階姜.泰勒畸變的d0，d10以及含孤對電子的金屬陽離子等。 -
中科院理化所發表綜述文章:第一性原理探索新型非線性光學晶體
非線性光學晶體是當今及未來光電信息技術的重要基礎材料，其發展與雷射技術的發展密切相關。上世紀八九十年代，中國科學院院士陳創天提出的陰離子基團理論極大地促進了BBO、LBO和KBBF非線性光學晶體的發展，並成功地滿足了紫外、可見波段的雷射技術需求。 -
無金屬紫外非線性光學晶體研究獲進展
非線性光學晶體因其頻率轉換性能廣泛應用於擴展雷射光源的頻率。而對於紫外波段的雷射光源的迫切需求，使得探索新一代的性能更加優異的紫外非線性光學晶體成為當前研究的重點和熱點。(BeO3F)5-基團分別用有機的平面三角[C(NH2)3]+基團和無機的四面體(SO3F)-替換，成功獲得了第一例氟磺酸鹽紫外非線性光學晶體，即C(NH2)3SO3F。 -
新疆理化所含氟碘酸鹽非線性光學材料設計合成獲進展
隨著全固態雷射技術在光通訊、光加工和光存儲等領域的發展，深紫外及紅外非線性光學晶體材料成為目前國內外的研究熱點。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非線性光學晶體材料領域佔有非常重要的地位。 -
氟硼酸鹽非線性光學晶體材料研究獲進展
雷射光源的波長拓展很大程度上依賴於頻率轉換器件材料——非線性光學晶體的變頻能力。 -
多年努力 美國打破中國雷射晶體封鎖 然而中國新一代晶體已經成功
聲明中表示，這種晶體將提高美國探測國防威脅的能力，同時也將為科學研究和測量技術提供新的能力，這種材料被認為是「遊戲規則改變者」。 不過，中國在這個領域並沒有坐等美國的趕超。據中科院網站報導，2015年8月，中國福建物構所發現新型無鈹深紫外非線性光學晶體材料LSBO。報導稱，新發現的LSBO晶體有望成為下一代深紫外非線性光學晶體的優秀候選材料。 -
福建物構所金屬氟碘酸鹽非線性光學晶體研究獲進展
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。 -
...超快雷射、高精度衍射光柵、非線性光學晶體榜上有名
1986年建成的神光Ⅰ裝置（雷射12號實驗裝置），標誌著我國ICF五位一體實驗研究的重大突破，獲1990年度國家科學技術進步獎一等獎；2001年建成的神光Ⅱ裝置和2005年成功研製國內唯一的多功能探針系統；2017年通過驗收的神光碟機動器升級裝置成為我國ICF研究核心快點火與先進閃光照相能力綜合研究平臺。