新疆理化所在稀土硼酸盐氟化物深紫外非线性光学晶体研究方面取得进展
日期：
2024-11-15
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深紫外非线性光学晶体是实现全固态激光器深紫外倍频输出的关键光学元件，其综合性能直接决定了深紫外激光输出的光束质量和转换效率。然而，由于透过范围短、透过率水平低以及双折射率小等问题，使得深紫外区的相位匹配（PM）无法得到满足，阻碍了深紫外波段的频率转换。从光学角度出发，当双折射率足以抵消折射率色散时，晶体可以产生有效的相位匹配，通常在接近截至边的短波长区域由于双折射率不足以补偿折射率色散而发生相位失配。因此，适合于深紫外相位匹配的结构需要具有尽可能短的深紫外截止边和尽可能小的色散，以驱动相位匹配波长到达深紫外区域。中国科学院新疆理化技术研究所晶体材料研究中心长期从事硼酸盐新型紫外、深紫外光电功能晶体的研究。该团队从影响深紫外相位匹配的根本因素出发，基于优秀的[B3O6]型的经典化合物β-BaB2O4 (β-BBO)的结构，选择[B3O6]基团作为基本的功能基团，采用异价取代策略，在保证短截至边的前提下，用色散更小的稀土元素Sc和碱金属元素Rb来替代较重元素Ba，同时引入最大电负性的F元素进一步缩短截至边，成功获得了一例深紫外的稀土硼酸盐氟化物Rb2ScB3O6F2 (RSBF)。RSBF在结构上不仅继承了β-BBO中[B3O6]基团的共面排列，同时由于氟化稀土多面体的引入使得[B3O6]基团排列更加整齐。该结构平衡了三个关键的非线性光学参数，即大的倍频效应（1.4×KDP），合适的双折射率（0.088@1064 nm）和深紫外的相位匹配能力（λPM = 182 nm），这使得RSBF有望成为下一代深紫外非线性光学晶体材料。相关研究成果以通讯的形式发表在《德国应用化学》（Angew. Chem. Int. Ed. 2024,e202415066）上，新疆理化技术研究所为唯一通讯单位，晶体材料研究中心潘世烈和杨云研究员为通讯作者，博士研究生张倩珍为第一作者。该研究工作得到新疆维吾尔自治区、中国科学院和国家自然科学基金委员会等项目的资助。论文链接：https://doi.org/10.1002/anie.202415066
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