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我国深紫外非线性光学晶体材料研究最新进展

日期: 2016-04-02  

 深紫外激光具有波长短、光子能量高等优点,因而在高分辨率成像、光谱应用、微细加工等诸多领域具有重要的应用价值,利用深紫外非线性光学晶体进行变频是获得深紫外激光的主要手段。我国是唯一掌握相关深紫外全固态激光技术的国家,KBe2BO3F2 (KBBF)是目前唯一实际可直接倍频产生深紫外激光的非线性光学晶体,是继硼酸钡(BBO)、三硼酸锂(LBO)晶体后的第三个“中国牌”非线性光学晶体,但是生长KBBF所用的铍原料有剧毒,同时KBBF晶体是层状结构,层与层之间的连接力较弱,使得KBBF层状生长习性严重,其研发仍停留在实验室阶段。因此,探索研究新一代无铍深紫外非线性光学晶体具有重要意义。


在国家基金委优秀青年基金、科技部“973”重大研究计划等项目的支持下,中国科学院福建物质结构研究所中科院光电材料化学与物理重点实验室罗军华课题组利用尺寸较大的碱土金属阳离子Sr2+与非线性光学活性基元[BO3]3-,成功制备了首个包含[SrBO3]∞平面层的深紫外非线性光学晶体材料Li4Sr(BO3)2 (LSBO)。该材料中[SrBO3]∞平面层继承了KBBF晶体中[BO3]非线性活性基元的最优排列方式(类似KBBF中的[Be2BO3F2]层),同时[SrBO3]∞平面层之间进一步通过[BO3]非线性活性基元紧密连接(其层间作用力相当于KBBF的4.7倍),这使得LSBO晶体既具有适中的双折射率,能够实现有效相位匹配倍频输出,又具有比KBBF更大的非线性光学效应(2.0倍KDP,约相当于KBBF的1.6倍),并且还显著克服了KBBF晶体所具有的明显层状生长习性。LSBO晶体的光学透过范围低至186 nm,且不吸潮、硬度适中、易加工。该晶体有别于传统的硼铍酸盐深紫外非线性光学材料,有望成为下一代深紫外非线性光学优秀候选材料,代表了该领域的一个新发展方向。此外,该课题组与中科院理化技术研究所林哲帅研究员合作,对该材料的光学性质作了理论计算并揭示了其非线性光学效应的来源。