科研进展

新疆理化所在拓宽硼磷酸盐相位匹配波长方面取得进展

发布时间:2022-07-21

  双折射率在紫外-深紫外光电功能晶体中扮演着至关重要的作用,较大的双折射率可以实现双折射晶体的小型化,以及拓宽非线性光学晶体的相位匹配波长。硼磷酸盐因其在紫外以及深紫外区域具有良好的透过性,成为探索短波长光电功能晶体的候选者之一。BPO4晶体具有较短的紫外截止边(约130 nm),较大的倍频效应(2×KH2PO4),然而,由于其结构中非π-共轭的[BO4]和[PO4]基团表现出较小的极化率各向异性而不利于产生大的双折射率(0.005@1064 nm),使得BPO4无法满足短波长激光的相位匹配要求,如何提高传统硼磷酸盐的双折射率使其在短波长区域应用是当前的研究热点和难点。

  针对传统硼磷酸盐双折射率小的现状,中科院新疆理化技术研究所晶体材料研究中心潘世烈研究团队提出在不影响硼磷酸盐短波长透过的前提下,尝试采用四种不同的策略即将双折射功能基团([B2O5],[BO2]∞链,[B2O4(OH)],[B2O3(OH)2])引入至硼磷酸盐体系中,成功设计合成出七种硼磷酸盐,KB4PO9,K2CsB8PO16,P21/c-Li2B3PO8,Rb3B8PO16,K2B4PO9(OH) 以及MB6PO10(OH)4 (M = K, NH4),第一性原理计算分析表明,以上晶体的双折射率相较于传统的硼磷酸盐均得到明显的提升(≥0.05 @1064nm)。其中,KB6PO10(OH)4表现出较宽的透光范围以及较大的双折射率(0.103@546 nm),可以作为潜在的深紫外双折射晶体;采用顶部籽晶法成功生长出大尺寸Rb3B8PO16晶体,它表现出较短的紫外截止边(<175 nm),较大的双折射率(0.072@589.3 nm),适中的倍频效应(0.5×KH2PO4),值得一提的是,与已报道的硼磷酸盐相比,Rb3B8PO16具有最短的相位匹配波长(222 nm),表明该晶体可以作为潜在的紫外非线性光学晶体。
  本项研究不仅为提高硼磷酸盐的双折射率提供了可行的策略,而且还进一步拓宽了硼磷酸盐的最短相位匹配波长。相关研究成果发表在《美国化学会志》(Journal of the American Chemical Society)上。新疆理化技术研究所为唯一完成单位,韩树娟研究员和潘世烈研究员为通讯作者,博士研究生张文彬为第一作者。该研究工作得到国家基金委,中科院、自治区等项目资助。
  
硼磷酸盐双折射率增大策略;经典硼磷酸盐最短相位匹配波长对比图