深紫外激光具有波長(zhǎng)短、光子能量高等優(yōu)點(diǎn)，因而在高分辨率成像、光譜應(yīng)用、微細(xì)加工等諸多領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值，利用深紫外非線性光學(xué)晶體進(jìn)行變頻是獲得深紫外激光的主要手段。我國(guó)是唯一掌握相關(guān)深紫外全固態(tài)激光技術(shù)的國(guó)家，KBe2BO3F2 (KBBF)是目前唯一實(shí)際可直接倍頻產(chǎn)生深紫外激光的非線性光學(xué)晶體，是繼硼酸鋇(BBO)、三硼酸鋰(LBO)晶體后的第三個(gè)“中國(guó)牌”非線性光學(xué)晶體，但是生長(zhǎng)KBBF所用的鈹原料有劇毒，同時(shí)KBBF晶體是層狀結(jié)構(gòu)，層與層之間的連接力較弱，使得KBBF層狀生長(zhǎng)習(xí)性嚴(yán)重，其研發(fā)仍停留在實(shí)驗(yàn)室階段。因此，探索研究新一代無(wú)鈹深紫外非線性光學(xué)晶體具有重要意義。

     在國(guó)家基金委優(yōu)秀青年基金、科技部“973”重大研究計(jì)劃等項(xiàng)目的支持下，中國(guó)科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所中科院光電材料化學(xué)與物理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室羅軍華課題組利用尺寸較大的堿土金屬陽(yáng)離子Sr2+與非線性光學(xué)活性基元[BO3]3-，成功制備了首個(gè)包含[SrBO3]平面層的深紫外非線性光學(xué)晶體材料Li4Sr(BO3)2 (LSBO)。該材料中[SrBO3]平面層繼承了KBBF晶體中[BO3]非線性活性基元的最優(yōu)排列方式（類似KBBF中的[Be2BO3F2]層），同時(shí)[SrBO3]平面層之間進(jìn)一步通過(guò)[BO3]非線性活性基元緊密連接（其層間作用力相當(dāng)于KBBF的4.7倍），這使得LSBO晶體既具有適中的雙折射率，能夠?qū)崿F(xiàn)有效相位匹配倍頻輸出，又具有比KBBF更大的非線性光學(xué)效應(yīng)（2.0倍KDP，約相當(dāng)于KBBF的1.6倍），并且還顯著克服了KBBF晶體所具有的明顯層狀生長(zhǎng)習(xí)性。LSBO晶體的光學(xué)透過(guò)范圍低至186nm，且不吸潮、硬度適中、易加工。該晶體有別于傳統(tǒng)的硼鈹酸鹽深紫外非線性光學(xué)材料，有望成為下一代深紫外非線性光學(xué)優(yōu)秀候選材料，代表了該領(lǐng)域的一個(gè)新發(fā)展方向。此外，該課題組與中科院理化技術(shù)研究所研究員林哲帥合作，對(duì)該材料的光學(xué)性質(zhì)作了理論計(jì)算并揭示了其非線性光學(xué)效應(yīng)的來(lái)源。相關(guān)研究成果發(fā)表在Nature子刊《自然通訊》(Nat. Commun., 2014, doi:10.1038/ncomms5019)。

     此前，該課題組在新型非線性光學(xué)材料探索及其倍頻機(jī)制研究方面取得了系列進(jìn)展，如：CsZn2B3O7（Inorg. Chem., 2014，53, 25212527）、CdTeMoO6（J. Mater. Chem. C, 2013，1, 29062912）、ZnTeMoO6（RSC Adv., 2013，3, 1400014006）等。在分子基光電晶體材料研究方面也取得了重要進(jìn)展，相關(guān)成果發(fā)表在Adv. Mater., 2013, 25, 41594163; Angew. Chem. Int. Ed., 2012, 51, 38713876; Adv. Funct. Mater., 2012, 22, 48554861等。

 

福建物構(gòu)所深紫外非線性光學(xué)晶體材料研究獲進(jìn)展