福建物构所紫外非线性光学材料研究取得新进展

2011-11-18 17:02 来源: 中国科学院
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  激光光源的波长拓展很大程度上取决于频率转换器件材料非线性光学晶体的变频能力。随着激光在紫外和深紫外波段应用的日益重要,如何设计合成性能更优的硼酸盐非线性光学材料以及硼酸盐以外的紫外和深紫外非线性光学材料是当前研究的重点和热点。

  紫外倍频材料目前以硼酸盐为主,特别是具有BO3三角形基团的硼酸盐具有大的倍频系数、合适的双折射率和宽的紫外截止边等特性,但是在无机化合物中具有平面共轭电子结构的单元很少。福建物质结构研究所中科院光电材料化学与物理重点实验室叶宁研究员领导的课题组在国家自然科学基金和中科院重要方向项目的资助下,以同样是具有平面三角形结构的碳酸盐为研究对象,通过精确控制晶格中碱金属和碱土金属阳离子的相对大小,实现了CO3结构基团共面平行排列,获得了一系列非线性光学效应为3~4倍KDP的系列碳酸盐晶体ABCO3F (A = K, Rb, Cs, B = Ca, Sr, Ba)。由于碳酸盐在高温下易分解,常规方法获得碳酸盐大单晶长期以来是一个未解决的难题。该研究小组采用碱土金属碳酸盐与碱金属氟化物形成低熔点复盐的的思路,成功地实现在碳酸盐分解温度以下的单晶生长。该研究不仅开辟了碳酸盐非线性光学晶体探索的研究方向,也为碳酸盐的大晶体生长提供了思路,相关研究成果发表在美国化学学会会志上(J. Am. Chem. Soc., 2011, DOI: 10.1021/ja209276a)。

  此外,该研究小组采用提高有效非线性基团密度以提高化合物宏观非线性光学性能为思路,设计合成了一系列具有BO3基团共面排列的层状碱金属硼酸盐化合物,并且巧妙地采用不同大小的基团片段作为层间连接以调控BO3基团密度,揭示了结构与性能关系,获得了4个具有高BO3基团密度和较大非线性光学效应的紫外晶体(J. Am. Chem. Soc., 2011, 133, 1145;J. Am. Chem. Soc., 2010, 132, 8779)。

  

图1. RbCaCO3F的晶体结构

  

图2. [CO3]阴离子基团的不同排列方式