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

2020-11-29 中國科學院

　　探索滿足「深紫外透過-大倍頻效應-較大雙折射」相互矛盾性能指標的深紫外（< 200 nm）非線性光學晶體是當前該領域亟待突破的關鍵難點。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。建立了典型硼酸鹽晶體材料的結構與性能資料庫，分析了硼酸鹽晶體各項性能之間相互制約的原因，提出了一種新的材料設計策略。該策略通過引入基於材料模擬方法篩選出一類[BOF]功能基團：(BO3F)4-、(BO2F2)3-和(BOF3)2-。研究發現，F-離子的引入增大了[BOF]基團的各向異性，可增大材料雙折射，在獲得大帶隙的同時可以避免層狀生長習性。研究人員選取了四個氟硼酸鹽化合物，通過第一性原理進行理論模擬，評估了其結構和線性及非線性光學性能，篩選出Li2B6O9F2(LBOF)證實了提出的設計策略可行性。通過HSE06雜化泛函評估LBOF的帶隙為8.05 eV，對應的紫外截止邊為155 nm，理論計算評估的雙折射值為0.07@1064 nm，最短相位匹配波長達到192 nm。並通過實驗證明了Li2B6O9F2作為深紫外非線性光學晶體的優越性：可實現266nm倍頻輸出，其倍頻效應達0.3倍BBO，是一種很有潛力的深紫外非線性光學晶體。

　　該項研究工作首次提出了通過B-F剪裁三維網絡結構獲得較大雙折射並保持低紫外截止邊、大倍頻效應的設計策略，成功篩選出一類綜合品質因子優異的功能基團，並通過實驗進行驗證研究，篩選出在深紫外波段具有重要應用的非線性光學材料。該工作通過資料庫建立-功能基元篩選-材料設計-材料製備方式實現了材料的有效製備，為設計功能材料提供了新的思路。

　　相關研究成果以Very Important Paper (VIP)文章的形式發表在《德國應用化學》（Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56, 3916–3919）上。

　　刊載上述首創性發現的文章在線發表後，短時間內即引起美國新聞周刊Chemical & Engineering News(C&EN)的高度重視。美國新聞周刊在第一時間以Nonlinear opticallaser materialavoids beryllium(《無鈹非線性光學晶體材料》)為題目，以Science Concentrates點評了該項研究成果。

　　該研究工作得到基金委、科技部、中科院、教育部等單位的大力支持。

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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

　　探索滿足「深紫外透過-大倍頻效應-較大雙折射」相互矛盾性能指標的深紫外（< 200 nm）非線性光學晶體是當前該領域亟待突破的關鍵難點。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。
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　　該項研究工作首次提出了通過B-F剪裁三維網絡結構獲得較大雙折射並保持低紫外截止邊、大倍頻效應的設計策略，成功篩選出一類綜合品質因子優異的功能基團，並通過實驗進行驗證研究，篩選出在深紫外波段具有重要應用的非線性光學材料。該工作通過資料庫建立-功能基元篩選-材料設計-材料製備方式實現了材料的有效製備，為設計功能材料提供了新的思路。
　　相關研究成果以Very Important Paper (VIP)文章的形式發表在《德國應用化學》（Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56, 3916–3919）上。
　　刊載上述首創性發現的文章在線發表後，短時間內即引起美國新聞周刊Chemical & Engineering News(C&EN)的高度重視。美國新聞周刊在第一時間以Nonlinear opticallaser materialavoids beryllium(《無鈹非線性光學晶體材料》)為題目，以Science Concentrates點評了該項研究成果。
　　該研究工作得到基金委、科技部、中科院、教育部等單位的大力支持。
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