中科院理化所亞硒酸鹽非線性光學(xué)材料探索取得新進(jìn)展
非線性光學(xué)晶體是一類重要的光電功能晶體。它通過倍頻、和頻、差頻、光參量放大和多光子吸收等非線性過程可以對激光進(jìn)行調(diào)制和操縱。這類晶體被廣泛應(yīng)用于激光頻率轉(zhuǎn)換、四波混頻、光束轉(zhuǎn)向、圖像放大、光信息處理、光存儲、光纖通訊、水下通訊等研究領(lǐng)域。 亞硒酸鹽化合物因含有活性孤對電子的Se4+,在外光電場作用下容易誘導(dǎo)出強(qiáng)的極化,從而產(chǎn)生大的非線性光學(xué)效應(yīng),因而在二階非線性光學(xué)材料探索中有著重要的研究價值。長期以來,增強(qiáng)亞硒酸鹽非線性光學(xué)材料的非線性光學(xué)效應(yīng)主要是通過引入具有二階姜-泰勒效應(yīng)的d0過渡金屬陽離子(如Ti4+,Nb5+,V5+,Mo6+等)等手段來實現(xiàn)的。然而,缺憾是當(dāng)引入d0過渡金屬陽離子增強(qiáng)光學(xué)效應(yīng)的同時,通常會顯著地減小材料的帶隙值,并伴隨著較差的抗激光損傷性能。 近日,中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所晶體中心林哲帥研究組在亞硒酸鹽材料體系中,提出異價取代調(diào)控能帶結(jié)構(gòu)的分子設(shè)計策略,發(fā)現(xiàn)并合成了一例在可相位匹配的亞硒酸鹽非線性光學(xué)材料中具有最寬帶隙的新型材料Pb2GaF2(SeO3)2Cl。通過移除過渡金屬、引入主族元素和高電負(fù)性的氟元素,Pb2GaF2(SeO3)2Cl的帶隙擴(kuò)寬至4.32 eV,且抗激光損傷閾值是現(xiàn)有同構(gòu)材料的三倍,提高至120 MW/cm2。此外,Pb2GaF2(SeO3)2Cl還表現(xiàn)出了較強(qiáng)的非線性光學(xué)響應(yīng),其倍頻信號強(qiáng)度是同等粒徑下KDP樣品的4.5倍,在未來的高功率激光倍頻領(lǐng)域有潛在的應(yīng)用價值。此工作以Pb2GaF2(SeO3)2Cl: Band engineering strategy by aliovalent substitution for enlarging bandgap while keeping strong second harmonic generation response 為題發(fā)表在美國化學(xué)會期刊J. Am. Chem. Soc. (DOI:10.1021/jacs.8b11485)上,并被遴選為當(dāng)期封面文章。 |