新疆理化所硼酸鹽鹵化物非線性光學(xué)晶體研究獲進(jìn)展
【化工儀器網(wǎng) 項目成果】半導(dǎo)體激光器泵浦的固態(tài)激光器(LDPSSL)顧名思義是以 LD 或者 LD 陣列(Laser Diode Array，簡寫 LDA)作為泵浦源，以固體激光材料作為增益介質(zhì)的激光產(chǎn)生裝置。這種激光器核心部件沒有液體(如染料、水等)或者氣體(如一些惰性氣體)，常被稱為全固態(tài)(或全固體)激光器(All Solid State Laser)。全固態(tài)激光器(DPL)具有體積小、重量輕、效率高、性能穩(wěn)定、可靠性好、壽命長、光束質(zhì)量高等優(yōu)點，市場需求十分巨大。
短波紫外非線性光學(xué)晶體作為調(diào)諧激光頻率的重要器件，在全固態(tài)激光器中頗具應(yīng)用價值。非線性光學(xué)晶體是一種功能材料，其中的倍頻(或稱“變頻”)晶體可用來對激光波長進(jìn)行變頻，從而擴(kuò)展激光器的可調(diào)諧范圍。
由π和/或非π共軛硼氧陰離子組成的硼酸鹽，具有豐富的結(jié)構(gòu)化學(xué)和性質(zhì)可調(diào)性，已成為探索新型短波紫外非線性光學(xué)晶體的優(yōu)選體系。硼酸鹽結(jié)構(gòu)中常見的結(jié)構(gòu)類型是零維陰離子框架。其中，π共軛的B-O簇是研究熱點。[B3O6]簇相較于[BO3]基元，具有更大的超極化率和極化率各向異性，是實現(xiàn)大倍頻和適中雙折射率的優(yōu)秀功能“基因”。統(tǒng)計表明，在所有僅含孤立[B3O6]簇的硼酸鹽中，90%以上的最大二面角為零。其中，[B3O6]基元是嚴(yán)格平行排列的。其余均為近平面排列，最大二面角均小于13°，這意味著在系列硼酸鹽中，[B3O6]團(tuán)簇內(nèi)部和團(tuán)簇之間的結(jié)構(gòu)特征被固定為平面或近平面構(gòu)型。然而，對于短波紫外非線性光學(xué)晶體，理想的雙折射率標(biāo)準(zhǔn)是“適中”，以避免非相位匹配(過小)和走離效應(yīng)(過大)。
幾日，中國科學(xué)院新疆理化技術(shù)研究所晶體材料研究中心研究團(tuán)隊通過陽離子和鹵素陰離子的協(xié)同調(diào)控作用，合成系列硼酸鹽鹵化物非線性光學(xué)晶體Ca2B3O6X(X = Cl，Br)。Ca2B3O6X(X = Cl，Br)具有平衡的光學(xué)性能，如大的倍頻效應(yīng)(1.5-2×KDP)、適中的雙折射率(0.056-0.060@1064 nm)和較小的走離角(2.07°)。此外，該系列晶體中扭曲的1[XCa2]∞鏈的約束效應(yīng)壓縮了[B3O6]基元空間，誘導(dǎo)[B3O6]簇的非平面排列，其最大二面角高達(dá)約76°。科研人員通過建立模型，研究該系列[B3O6]簇間的大二面角來源，并探究了體系中[B3O6]的排列與基元相互作用之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，確定了Ca陽離子的s軌道與[B3O6]簇上末端O原子的2p軌道之間的軌道雜化是其主要來源。
相關(guān)研究成果Breaking the Inherent Interarrangement of [B3O6] Clusters for Nonlinear Optics with Orbital Hybridization Enhancement于近日發(fā)表在《美國化學(xué)會志》(JACS)上。
參考來源： 新疆理化技術(shù)研究所
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