【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】深紫外非線性光學(xué)晶體是實(shí)現(xiàn)全固態(tài)激光器深紫外倍頻輸出的關(guān)鍵光學(xué)元件，其綜合性能直接決定了深紫外激光輸出的光束質(zhì)量和轉(zhuǎn)換效率。然而，由于透過(guò)范圍短、透過(guò)率水平低以及雙折射率小等問(wèn)題，使得深紫外區(qū)的相位匹配(PM)無(wú)法得到滿足，阻礙了深紫外波段的頻率轉(zhuǎn)換。從光學(xué)角度出發(fā)，當(dāng)雙折射率足以抵消折射率色散時(shí)，晶體可以產(chǎn)生有效的相位匹配，通常在接近截至邊的短波長(zhǎng)區(qū)域由于雙折射率不足以補(bǔ)償折射率色散而發(fā)生相位失配。因此，適合于深紫外相位匹配的結(jié)構(gòu)需要具有盡可能短的深紫外截止邊和盡可能小的色散，以驅(qū)動(dòng)相位匹配波長(zhǎng)到達(dá)深紫外區(qū)域。
中國(guó)科學(xué)院新疆理化技術(shù)研究所晶體材料研究中心長(zhǎng)期從事硼酸鹽新型紫外、深紫外光電功能晶體的研究。該團(tuán)隊(duì)從影響深紫外相位匹配的根本因素出發(fā)，基于優(yōu)秀的[B3O6]型的經(jīng)典化合物β-BaB2O4 (β-BBO)的結(jié)構(gòu)，選擇[B3O6]基團(tuán)作為基本的功能基團(tuán)，采用異價(jià)取代策略，在保證短截至邊的前提下，用色散更小的稀土元素Sc和堿金屬元素Rb來(lái)替代較重元素Ba，同時(shí)引入最大電負(fù)性的F元素進(jìn)一步縮短截至邊，成功獲得了一例深紫外的稀土硼酸鹽氟化物Rb2ScB3O6F2 (RSBF)。RSBF在結(jié)構(gòu)上不僅繼承了β-BBO中[B3O6]基團(tuán)的共面排列，同時(shí)由于氟化稀土多面體的引入使得[B3O6]基團(tuán)排列更加整齊。該結(jié)構(gòu)平衡了三個(gè)關(guān)鍵的非線性光學(xué)參數(shù)，即大的倍頻效應(yīng)(1.4×KDP)，合適的雙折射率(0.088@1064 nm)和深紫外的相位匹配能力(λPM = 182 nm)，這使得RSBF有望成為下一代深紫外非線性光學(xué)晶體材料。
相關(guān)研究成果以通訊的形式發(fā)表在《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)》(Angew. Chem. Int. Ed. 2024,e202415066)上，新疆理化技術(shù)研究所為唯一通訊單位，晶體材料研究中心潘世烈和楊云研究員為通訊作者，博士研究生張倩珍為第一作者。該研究工作得到新疆維吾爾自治區(qū)、中國(guó)科學(xué)院和國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)等項(xiàng)目的資助。
RSBF的Ⅰ類(lèi)最短相位匹配波長(zhǎng)
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