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新疆理化所无铍无层状习性深紫外非线性光学晶体研究获进展

2017-04-06 10:09
黯影冰风
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探索满足“深紫外透过-大倍频效应-较大双折射”相互矛盾性能指标的深紫外(< 200 nm)非线性光学晶体是当前该领域亟待突破的关键难点。通过材料结构性能关系研究,建立功能基元数据库,探索平衡制约性能微观机理,筛选并引入新的功能基团来平衡矛盾综合品质因子是突破深紫外用晶体的有效手段。
  根据以上思路,中国科学院新疆理化技术研究所新型光电功能材料实验室潘世烈研究团队开展了系统研究。建立了典型硼酸盐晶体材料的结构与性能数据库,分析了硼酸盐晶体各项性能之间相互制约的原因,提出了一种新的材料设计策略。该策略通过引入基于材料模拟方法筛选出一类[BOF]功能基团:(BO3F)4-、(BO2F2)3-和(BOF3)2-。研究发现,F-离子的引入增大了[BOF]基团的各向异性,可增大材料双折射,在获得大带隙的同时可以避免层状生长习性。研究人员选取了四个氟硼酸盐化合物,通过第一性原理进行理论模拟,评估了其结构和线性及非线性光学性能,筛选出Li2B6O9F2(LBOF)证实了提出的设计策略可行性。通过HSE06杂化泛函评估LBOF的带隙为8.05 eV,对应的紫外截止边为155 nm,理论计算评估的双折射值为0.07@1064 nm,最短相位匹配波长达到192 nm。并通过实验证明了Li2B6O9F2作为深紫外非线性光学晶体的优越性:可实现266nm倍频输出,其倍频效应达0.3倍BBO,是一种很有潜力的深紫外非线性光学晶体。
  该项研究工作首次提出了通过B-F剪裁三维网络结构获得较大双折射并保持低紫外截止边、大倍频效应的设计策略,成功筛选出一类综合品质因子优异的功能基团,并通过实验进行验证研究,筛选出在深紫外波段具有重要应用的非线性光学材料。该工作通过数据库建立-功能基元筛选-材料设计-材料制备方式实现了材料的有效制备,为设计功能材料提供了新的思路。
  相关研究成果以Very Important Paper (VIP)文章的形式发表在《德国应用化学》(Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56, 3916–3919)上。
  刊载上述首创性发现的文章在线发表后,短时间内即引起美国新闻周刊Chemical & Engineering News(C&EN)的高度重视。美国新闻周刊在第一时间以Nonlinear opticallaser materialavoids beryllium(《无铍非线性光学晶体材料》)为题目,以Science Concentrates点评了该项研究成果。
  该研究工作得到基金委、科技部、中科院、教育部等单位的大力支持。

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