固態(tài)紫外激光器在商業(yè)和科學(xué)研究中得到了廣泛應(yīng)用，而利用非線性光學(xué)晶體產(chǎn)生四倍頻是在266 nm處實(shí)現(xiàn)大功率紫外激光器的有效方法。由于硼酸鹽材料具有寬的透明度范圍、良好的化學(xué)穩(wěn)定性和高損傷閾值等優(yōu)點(diǎn)，有希望被應(yīng)用于非線性光學(xué)領(lǐng)域。高性能的紫外非線性光學(xué)材料需要滿足幾個(gè)基本條件：（1）寬的透明窗口（吸收邊<300 nm）；(2) 合適的雙折射率（0.07–0.10）；(3) 較大的倍頻 (SHG) 系數(shù)（>1×KH2PO4 (KDP)）。然而由于帶隙、雙折射和非線性光學(xué)效應(yīng)之間的相互制約關(guān)系，在新材料的設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)這三個(gè)參數(shù)之間的平衡仍然是一個(gè)巨大挑戰(zhàn)。在過(guò)去的幾十年里，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了許多具有優(yōu)異性能的硼酸鹽。其中，KBBF是唯一能夠?qū)崿F(xiàn)相位匹配波長(zhǎng)至161 nm的非線性光學(xué)晶體。此外，對(duì)于產(chǎn)生266 nm四次諧波，目前只有β-BaB2O4(BBO)和CsLiB6O10(CLBO)這兩種非線性光學(xué)材料得到商業(yè)化應(yīng)用。

針對(duì)紫外/深紫外非線性光學(xué)材料發(fā)展中遇到的難題和挑戰(zhàn)，中國(guó)科學(xué)院新疆理化技術(shù)研究所特殊環(huán)境功能材料與器件重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室潘世烈研究團(tuán)隊(duì)一直堅(jiān)持探索硼酸鹽材料體系，不斷開發(fā)新型高性能紫外/深紫外非線性光學(xué)材料，并取得顯著成效。近日，該團(tuán)隊(duì)成功獲得一例硼酸鹽新化合物CsBaB9O15（CBBO），它是在性能優(yōu)異的Sr2Be2B2O7（SBBO）材料的基礎(chǔ)上，利用離子替換的思路得到的，在該化合物中首次觀察到了新的基本結(jié)構(gòu)單元B9O19。CBBO擁有和SBBO相似的層狀結(jié)構(gòu)，同時(shí)又在性能方面有所改進(jìn)：（1）CBBO的二維雙層由B-O基團(tuán)組成，其鍵長(zhǎng)小于SBBO中層間的Be-O鍵，鍵合力更強(qiáng)，因此化合物更穩(wěn)定，更容易生長(zhǎng)大尺寸晶體；（2）結(jié)構(gòu)中存在的平面B3O6基團(tuán)有利于產(chǎn)生優(yōu)異的性能；（3）BeO4單元被BO4取代，解決了含Be材料合成時(shí)原料有毒性的問(wèn)題。此外，CBBO中Cs原子填充在B-O雙層的孔穴中，解決了含Cs材料容易潮解的問(wèn)題。相關(guān)的性能測(cè)試顯示出CBBO擁有優(yōu)異的非線性光學(xué)性能，包括大的倍頻效應(yīng)（3 × KDP）、合適的雙折射（0.073@1064 nm）和達(dá)到深紫外范圍的截止邊（175 nm）。綜合性能表明，CBBO是一種潛在的可用于266 nm激光輸出的紫外非線性光學(xué)材料。

近日，相關(guān)研究成果發(fā)表在《科學(xué)通報(bào)》(Science Bulletin, DOI:10.1016/j.scib.2021.06.025)上，新疆理化所為第一完成單位。該研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金委、中科院等的資助。