我国深紫外非线性光学晶体再获新进展

2016-2-26 15:43| 发布者: update| 查看: 2942| 评论: 6

摘要: 建物构所结构化学国家重点实验室在拓宽非线性光学晶体的相配匹配范围研究中取得新进展。基于第一性原理计算模拟，提出通过施加外应力来调制非线性光学晶体材料的双折射率从而拓宽非线性光学晶体相位匹配范围的方法。 ...

深紫外激光具有波长短、光子能量高等优点，因而在高分辨率成像、光谱应用、微细加工等诸多领域具有重要的应用价值，利用深紫外非线性光学晶体进行变频是获得深紫外激光的主要手段。优良的深紫外非线性光学晶体既要具有大的非线性光学效应，又要具有短的紫外吸收边，而这两种性能在某种程度上是相互冲突的，这就需要在两者之间达到一个微妙的平衡。目前，已知的深紫外非线性光学晶体几乎都是硼酸盐，基于磷酸盐的深紫外材料极为少见且非线性光学效应较弱。

三硼酸锂（LBO）晶体是福建物构所发现的一种优秀的紫外无机非线性光学晶体，具有生长晶体尺寸大、光学质量好、透光范围宽、倍频系数大和损伤阈值高等优点，是目前应用于高功率固体激光器件的最佳倍频晶体材料。但是由于LBO晶体的双折射率偏小，使之难以通过相位匹配技术直接倍频产生深紫外相干光源。尽管付出了巨大的努力，发现一种综合性能超越LBO晶体的紫外非线性光学材料十分困难。近年来科学家们积极致力于探索改良LBO晶体以提高其性能的可能途径。

福建物构所结构化学国家重点实验室在拓宽非线性光学晶体的相配匹配范围研究中取得新进展。基于第一性原理计算模拟，提出通过施加外应力来调制非线性光学晶体材料的双折射率从而拓宽非线性光学晶体相位匹配范围的方法。最新的计算研究发现，沿LBO晶体c轴方向施加拉伸应力能提高光学各向异性从而有效地提高材料的双折射率。施加较小的外应力（~0.42 GPa）可使LBO晶体的双折射率的计算值提高到0.075，使之可在更短波长范围内实现相位匹配。该研究还发现施加外应力在提高双折射率的同时可以保持LBO晶体原有的优良线性与非线性光学性质。研究结果显示LBO晶体通过“施加/不施加”外应力有可能实现直接倍频输出紫外激光的“开/关”调控，为设计新的高功率激光开关器件提供了重要思路。

相关研究成果“An effective strategy to achieve deeper coherent light for LiB3O5”作为封面论文已在线发表在材料工程著名刊物《材料化学杂志》（J.Mater. Chem. C2016， DOI： 10.1039/C5TC03814F)。近年来利用高压技术调制功能材料性能的研究发展十分迅速，该计算研究工作为实现非线性光学材料的性能改善和调控提供了重要创新思想。

此外，该研究组近期的工作还将计算材料学技术应用于探索新型非线性光学材料合作研究（J. Mater. Chem. C2015， 3， 9695）以及半导体材料能带调控以提高光催化氧化效率的理论模拟研究（J. Mater. Chem. A2015， 3， 8466）。