新疆理化所短波長非線性光學晶體的設計與合成取得進展

　　非線性光學晶體材料是重要的光電信息功能材料，在信息、能源、工業制造、醫學、科研等領域具有廣泛的應用前景。隨著激光精密機械加工業、激光化學、紫外激光光譜學和激光醫學等學科的飛速發展，人們迫切需要發展全固態深紫外相干光源，其關鍵突破點在于紫外和深紫外波段的非線性光學晶體的研制和應用。多年來設計、合成性能優異的新型紫外非線性光學晶體材料一直是新型功能材料領域的研究熱點。然而，實現定向的設計、合成非線性光學材料一直以來是研究難點之一。

　　中國科學院新疆理化技術研究所特殊環境功能材料與器件重點實驗室潘世烈研究團隊近年來致力于新型紫外、深紫外非線性光學晶體的研究。該團隊選取經典的紫外非線性晶體β-BaB2O4為模板，通過“化學共替代”設計策略，用有利于紫外區域透過的堿金屬（K），堿土金屬(Ca, Sr, Ba)和稀土金屬(Lu, Y, Gd)共同去替代β-BaB2O4結構中的Ba原子，首次設計并合成出12種具有非中心對稱的復合金屬硼酸鹽。研究者通過實驗和理論計算對其中的三種釔基衍生物進行全面物理化學性能的表征。研究結果顯示，K7MIIY2(B5O10)3 (MII = Ca, Sr, Ba)的倍頻效應為0.9-1.2倍KDP，紫外截止邊均低于190 nm，與此同時，該系列化合物能夠實現1064nm下相位匹配，晶體易于生長，可望作為新型紫外非線性光學晶體材料。

　　相關研究成果發表在《美國化學會志》(J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 18397),此外，該團隊在短波長非線性光學材料研究方面，2017年提出將(BO3F)4-功能基團引入硼酸鹽框架的設計策略，成功設計、合成出一系列很有潛力的含氟硼酸鹽深紫外非線性光學晶體Li2B6O9F2 (Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56, 3916), NH4B4O6F (J. Am. Chem. Soc. 2017, 139，10645)和CsB4O6F (Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56, 14119)，綜合性能優異，有望成為深紫外非線性光學晶體。

　　該研究工作得到國家基金委，科技部，中科院等項目資助。