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福建物构所深紫外非线性光学晶体材料研究获新进展

        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。

      在国家基金委优秀青年基金及科技部973重大研究计划等项目的支持下,福建物构所中科院光电材料化学与物理重点实验室罗军华课题组引入较大尺寸的碱土金属和碱金属阳离子到磷酸盐中,成功构建了两个不含对称中心的新型磷酸盐化合物RbBa2(PO3)5和Rb2Ba3(P2O7)2。其中,RbBa2(PO3)5兼具深紫外磷酸盐中最短的紫外吸收边(163 nm)和最大的粉末倍频效应(1.4倍KDP),从而在这两者之间实现了很好的平衡。同时,RbBa2(PO3)5在1064 nm处相位匹配,同成分熔融,易于晶体生长,这使得RbBa2(PO3)5作为深紫外非线性光学材料具有潜在应用前景。此外,该课题组与中科院理化所林哲帅研究员合作对相关磷酸盐的光学性质作了理论计算,发现随着磷氧结构基元中[PO4]3-单元聚合程度的提高,相应磷氧结构基元的微观非线性光学系数增大;在RbBa2(PO3)5晶体结构中,[PO4]3-单元共顶点连接形成无限的一维[PO3]链,从而使RbBa2(PO3)5显示出较大的非线性光学活性,这一工作为设计具有高非线性光学活性的深紫外磷酸盐材料提供了新思路。相关研究成果发表在了《美国化学会志》(J. Am. Chem. Soc.2014, DOI: 10.1021/ja504319x)上