新疆理化所在紅外非線性光學(xué)材料研究方面取得進(jìn)展
紅外非線性光學(xué)晶體作為激光頻率轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵器件,在全固態(tài)激光器中具有廣泛的應(yīng)用。當(dāng)前商用的中遠(yuǎn)紅外非線性光學(xué)晶體主要包括類金剛石結(jié)構(gòu)的AgGaS2(AGS)、AgGaSe2和ZnGeP2等化合物。然而,由于各自本征的性能缺陷,這些材料已不能完全滿足當(dāng)前紅外激光技術(shù)發(fā)展的需求。因此,亟需開發(fā)性能優(yōu)異的新型紅外非線性光學(xué)材料。為了獲得大的倍頻效應(yīng),有利于朝向一致排列的四面體是最常用的結(jié)構(gòu)基元。相比于上述經(jīng)典材料中規(guī)則排列的四面體基團(tuán),八面體是另一類有利于規(guī)則排列的基團(tuán),有望用于硫?qū)倩衔锕鈱W(xué)性能的調(diào)控。但由于MQ6(M = 主族金屬元素,Q = S/Se)八面體基團(tuán)較低的形成幾率,相關(guān)研究十分匱乏。 中國(guó)科學(xué)院新疆理化技術(shù)研究所晶體材料研究中心研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)利用堿土金屬八面體調(diào)控非線性活性四面體基團(tuán)的排列,在AIBII3CIII3QVI8家族合成出9例新的硫?qū)倩衔。這些化合物均結(jié)晶于P-6空間群,表明結(jié)構(gòu)中堿土金屬八面體及非線性活性四面體構(gòu)成的風(fēng)車狀框架具有高的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,有利于原子的替代。NaMg3Ga3Se8展示出平衡的光學(xué)性能,如大的倍頻效應(yīng)(~ 1 ×AGS),較大的帶隙(2.77 eV),適中的雙折射率(0.079@546 nm),高的激光損傷閾值(~ 2.3 ×AGS)。實(shí)驗(yàn)及計(jì)算結(jié)果表明,相較于AgGaQ2,堿土金屬八面體的引入降低了非線性活性四面體基團(tuán)([MQ4])所構(gòu)成結(jié)構(gòu)的維度,但不影響四面體基團(tuán)的朝向排列。同時(shí),堿土金屬的引入增大了材料的帶隙。這些結(jié)果為后續(xù)設(shè)計(jì)帶隙與倍頻性能平衡的紅外非線性光學(xué)材料提供了新的思路,將激勵(lì)研究人員探索更多性能優(yōu)異的八面體與四面體復(fù)合的紅外非線性光學(xué)材料。 ![]() 圖1(a)AgMg3Ga3S8中Ag、Mg、Ga的配位環(huán)境;(b)四面體基團(tuán)連接形成的Ga-S鏈結(jié)構(gòu);(c,e)[MgS6]與[GaS4]構(gòu)成的[Mg3Ga3S24]基團(tuán);(d)AgMg3Ga3S8的三維結(jié)構(gòu);(f)AGS中形成的[Ga6S18]基團(tuán);(g)AGS的三維結(jié)構(gòu) ![]() 圖2(a)NaMg3Ga3Se8和AGS在2.09 μm激光下不同顆粒度的倍頻效應(yīng);(b)實(shí)驗(yàn)的帶隙值;(c)計(jì)算和實(shí)驗(yàn)的雙折射值;(d)與典型硒化物光學(xué)性能的對(duì)比 |