《電子技術(shù)應(yīng)用》
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紅外非線性光學(xué)晶體研究獲新進(jìn)展

2016-04-08

  中遠(yuǎn)紅外激光(2-20 μm)在國防,、通訊,、醫(yī)療以及安全方面有著重要的應(yīng)用,其中紅外非線性光學(xué)晶體是實現(xiàn)中遠(yuǎn)紅外激光輸出的關(guān)鍵器件,。目前商業(yè)化的紅外非線性光學(xué)晶體存在多方面的性能缺陷,,限制了它們的應(yīng)用范圍,。因此,設(shè)計和探索新型的紅外非線性材料成為紅外激光領(lǐng)域發(fā)展的重要方向,。

  中國科學(xué)院新疆理化技術(shù)研究所光電功能材料團隊自2013年起逐漸開展紅外非線性光學(xué)材料的研究,,通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)Hg陽離子具有多變的配位環(huán)境,而且當(dāng)它與易畸變的四面體基元以及堿金屬相結(jié)合時利于形成非中心對稱結(jié)構(gòu),。因此科研人員選取Na-Hg-M-S(M = Si,,Ge,Sn)體系為研究對象,,通過在密閉真空石英管中進(jìn)行高溫固相反應(yīng),,最終得到三種具有優(yōu)良性質(zhì)的四元堿金屬紅外非線性光學(xué)材料,即Na2Hg3Si2S8,,Na2Hg3Ge2S8,,Na2Hg3Sn2S8。這三種材料結(jié)晶于相同的非中心對稱空間群,,P c2,,觀察其晶體結(jié)構(gòu)時,發(fā)現(xiàn)存在特殊的多孔道結(jié)構(gòu),,包括全封閉,、半開以及開放的孔道。

  此外,,在與其他堿金屬同構(gòu)物(Na-Cs)結(jié)構(gòu)比較時,,科研人員還發(fā)現(xiàn)這些化合物都結(jié)晶于不同的空間群,而且其結(jié)構(gòu)對稱性隨著堿金屬離子半徑減少而逐漸增加,,這種變化規(guī)律在四元金屬硫?qū)倩衔镏泻苌侔l(fā)現(xiàn),。性能測試表明發(fā)現(xiàn)的這三種材料均具有很好的光學(xué)性能,基本滿足優(yōu)異紅外非線性光學(xué)材料的要求,,包括寬的透過范圍,、高的激光損傷閾值、大的非線性系數(shù)和環(huán)境穩(wěn)定性,。其中Na2Hg3Si2S8和Na2Hg3Ge2S8很好的實現(xiàn)了高激光損傷閾值和大非線性系數(shù)之間的平衡,,消除了目前商業(yè)化紅外非線性光學(xué)晶體的一系列性能缺陷(低的激光損傷閾值和強的雙光子吸收),能夠作為潛在優(yōu)異的紅外非線性光學(xué)材料,。引入堿金屬和d10元素調(diào)控晶體結(jié)構(gòu)為設(shè)計新型紅外非線性材料提供了一條有效的思路,。


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