福建物构所发现新型无铍深紫外非线性光学晶体材料

内容来源：中国科技论文在线

深紫外激光由于波长短、加工精度高的优点，在半导体光刻、激光光电子能谱仪和激光切割等方面具有重要应用。目前，KBe2BO3F2（KBBF）是唯一能实际输出深紫外激光的非线性光学（NLO）晶体，但是，KBBF含剧毒铍元素且其晶体层状生长习性严重。因此，急需探索新型深紫外NLO晶体材料。

　　中国科学院福建物质结构研究所光电材料化学与物理重点实验室罗军华课题组在国家自然科学杰出青年基金和海西研究院“团队百人”副研究员赵三根主持的海西研究院“春苗”人才专项等项目资助下，利用配位能力相近的Li+和Al3+取代有毒的Be2+，设计合成了一种新型无铍深紫外NLO材料K3Ba3Li2Al4B6O20F（KBLABF）。KBLABF基本继承了著名的深紫外NLO晶体Sr2Be2B2O7(Nature, 1995, 373, 322)的双层结构，其层状结构单元继承了KBBF和Sr2Be2B2O7晶体中[BO3]3-活性功能基元的有利排列方式，从而保留了KBBF和Sr2Be2B2O7良好的光学性能，其透光范围低至190 nm，在1064 nm处NLO倍频效应约为KH2PO4标准样品的1.5倍并且相位匹配；同时，其层状结构单元之间通过Ba-O键紧密连接，使得KBLABF晶体克服了层状生长习性（目前生长出的KBLABF晶体c向厚度最高达8mm，大大超过了目前KBBF的最大厚度）。同时，厘米级KBLABF透明单晶的获得证实该晶体克服了Sr2Be2B2O7晶体的结构不稳定性问题。因此，该材料成为新一代深紫外NLO晶体的优秀候选材料。该课题组与中科院理化技术研究所研究员林哲帅合作，对其光学性质和声子谱作了第一性原理理论计算，其结果与实验数据相吻合。相关研究成果已发表在J. Am. Chem. Soc., 2016, 138, 2961-2964上并已申请中国发明专利（申请号：201610015381.x）和PCT专利（申请号：PCT/CN2016/076020）。

　　该研究团队此前在无铍深紫外NLO材料方面已取得系列研究进展，相关成果发表在J. Am. Chem. Soc., 2015, 137, 2207-2210；Nat. Commun., 2014, 5: 4019；J. Am. Chem. Soc., 2014, 136, 8560-8563；Angew. Chem. Int. Ed., 2015, 54, 4217-4221等。

福建物构所发现新型无铍深紫外非线性光学晶体材料