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开展了磷酸盐深紫外光学晶体材料的研究

非线性光学晶体是一种重要的光电信息材料,在信息、科研、能源、工业制造、医疗卫生等领域有着广阔的应用前景,随着激光精密机械加工、激光化学、紫外激光光谱、激光医学等领域的飞速发展,人们迫切需要开发全固态深紫外相干光源,其关键突破是深紫外波段(光谱范围在200nm以下)非线性光学晶体的开发和应用,磷酸盐材料由于其短截止紫外光的优点成为研究的热点,然而磷酸盐中PO4官能团的微秒级频率系数仅为平面b-o氧基(B3O6和BO3)的十分之一,因此,有必要通过合理设计官能团的组合和排列,有效地提高倍频效应的效果。

近年来,新疆中科院新型光电功能材料实验室潘石列课题组一直致力于新型非线性光学晶体的研究,从以往复合碱金属硼酸盐非线性光学晶体材料的研究成果来看,通过引入多磷酸盐中碱金属阳离子的离子半径差,设计并合成了一种磷酸盐深紫外非线性光学晶体材料LiCs2PO4,该化合物不仅具有短的紫外截止边(174nm),而且具有很高的紫外透过率,但也有很大的倍频效应(2.6倍KDP)。这是深紫外非线性光学晶体系统中最大的倍频效应化合物。同时,LiCs2PO4可以实现1064nm以下的相位匹配,晶体易于生长。有望成为一种新型的深紫外非线性光学晶体材料。

另外,晶体玻璃是正磷酸盐,其倍频效应大的源机制不同于其他研究小组提出的聚磷酸盐群的倍频效应。用第一性原理对材料的光学性质进行了理论计算。发现该材料的晶体结构具有LiO4-PO4基团共边键合,这种特殊的连接方式有利于O-2p非键合轨道的定向排列,导致磷氧结构元素微观非线性光学系数的有效叠加。这使得LiCs2PO4显示出更大的倍频效果。为磷酸盐介质中具有较大倍频效应的非线性光学晶体材料的设计提供了新的研究思路。

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