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[材料资讯] 杨志华、潘世烈等在探索新型高性能紫外非线性光学材料研究取得进展

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发表于 2021-9-1 09:02:21 | 显示全部楼层 |阅读模式
固态紫外激光器在商业和科学研究中得到了广泛的应用,而利用非线性光学晶体产生四倍频是在266 nm处实现大功率紫外激光器的有效方法。由于硼酸盐材料具有宽的透明度范围、良好的化学稳定性和高损伤阈值等优点,因此有希望被应用于非线性光学领域。高性能的紫外非线性光学材料需要满足几个基本条件:(1)宽的透明窗口(吸收边<300 nm);(2) 合适的双折射率(0.07–0.10);(3) 较大的倍频 (SHG) 系数(>1×KH2PO4 (KDP))。然而由于带隙、双折射和非线性光学效应之间的相互制约关系,在新材料的设计中实现这三个参数之间的平衡仍然是一个巨大的挑战。在过去的几十年里,科学家们发现了许多具有优异性能的硼酸盐。其中,KBBF是唯一能够实现相位匹配波长至161 nm的非线性光学晶体。此外,对于产生266 nm四次谐波,目前只有β-BaB2O4(BBO)和CsLiB6O10(CLBO)这两种非线性光学材料得到了商业化的应用。

二维双层

二维双层
图1基本结构单元B9O19和CBBO的二维双层
       针对紫外/深紫外非线性光学材料发展中遇到的难题和挑战,中国科学院新疆理化技术研究所特殊环境功能材料与器件重点实验室潘世烈研究团队一直坚持探索硼酸盐材料体系,不断开发新型高性能紫外/深紫外非线性光学材料,并取得了显著成效。近日,该团队成功获得一例硼酸盐新化合物CsBaB9O15(CBBO),它是在性能优异的Sr2Be2B2O7(SBBO)材料的基础上,利用离子替换的思路得到的,在该化合物中首次观察到了新的基本结构单元B9O19。CBBO拥有和SBBO相似的层状结构,同时又在性能方面有所改进:(1)CBBO的二维双层由B-O基团组成,其键长小于SBBO中层间的Be-O键,键合力更强,因此化合物更稳定,更容易生长大尺寸晶体;(2)结构中存在的平面B3O6基团有利于产生优异的性能;(3)BeO4单元被BO4取代,解决了含Be材料合成时原料有毒性的问题。此外,CBBO中Cs原子填充在B-O双层的孔穴中,解决了含Cs材料容易潮解的问题。相关的性能测试显示出CBBO拥有优异的非线性光学性能,包括大的倍频效应(3 × KDP)、合适的双折射(0.073@1064 nm)和达到深紫外范围的截止边(175 nm)。综合性能表明,CBBO是一种潜在的可用于266 nm激光输出的紫外非线性光学材料。
      近日,相关研究成果发表在《科学通报》(Science Bulletin, 2021,DOI:10.1016/j.scib.2021.06.025)上,中科院新疆理化技术研究所为第一完成单位,新型光电功能晶体材料实验室杨云研究员和董孝宇为共同第一作者,中科院新疆理化技术研究所杨志华研究员和潘世烈研究员为通讯作者,该研究工作得到国家基金委、中科院等项目资助。
      文章链接:https://doi.org/10.1016/j.scib.2021.06.025

       文章来源:新疆理化所
      潘世烈,男,理学博士,中国科学院新疆理化技术研究所研究员,博士生导师,中国科学院“百人计划”学者,国家杰出青年科学基金获得者,国家"万人计划"领军人才入选者,中国科学院新疆理化技术研究所副所长,中科院“特殊环境功能材料与器件”重点实验室主任。1996年于郑州大学获得理学学士学位,同年保送郑州大学研究生于1999年获理学硕士学位,2002年7月于中国科学技术大学获理学博士学位,2004年中国科学院理化技术研究所博士后出站后,到美国Northwestern University化学系做博士后研究。2007年6月招聘回国到中国科学院新疆理化技术研究所工作入选中科院“百人计划”。先后在J. Am. Chem. Soc.; Angew. Chem. Int. Ed.等刊物上发表SCI论文300余篇,其中,SCI影响因子大于4.0的文章130余篇。
      杨志华,中国科学院新疆理化技术研究所研究员。于2013年入选中组部“百人计划”。在“百人计划”项目执行期间,在建立非线性光学材料信息数据库及功能基元数据库、非线性光学材料微观机理、光学材料分析软件开发及指导材料合成等方向取得多项重要研究成果。期间在JACS、PRL等SCI期刊上发表论文100余篇,主持承担国家“973”青年项目(首席科学家)、国家自然科学基金、中科院科研装备研制项目等多项课题。

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