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紫外(200 nm<λ<400 nm)非线性光学晶体是全固态激光器输出紫外激光的关键元件,近几十年被国内外科研机构广泛研究。目前,266 nm(Nd: YAG四倍频)紫外激光输出主要由β-BaB2O4(β-BBO)和CsLiB6O10(CLBO)两种晶体实现。然而,β-BBO晶体过大的双折射率及CLBO晶体的潮解性,导致这两种晶体仍无法满足该波段激光输出的需求。因此,探索新型四倍频紫外非线性光学晶体是十分必要且迫切的。 

KBe2BO3F2(KBBF)晶体能够实现Nd:YAG的直六倍频深紫外激光(λ=177.3 nm)输出,其优异光学性能得益于它结构中[Be2BO3F2]∞层的平行排列。然而,阴离子基团的层状平行排列,也导致了KBBF晶体具有层状生长习性而无法生长较厚的晶体。此外,KBBF晶体原料含有剧毒BeO也为晶体生长带来了极大挑战。中国科学院新疆理化技术研究所潘世烈团队以KBBF晶体为原型,成功获得了一种无毒、无层状习性的紫外非线性光学晶体Zn2BO3(OH),该晶体在结构上保留了对性能有益的KBBF层状结构,并用Zn替换KBBF晶体中的Be使该材料无毒性。同时,消除了KBBF晶体中导致层状生长习性的层间离子,从而使晶体生长习性显著改善。Zn2BO3(OH)晶体性能优异,具有大倍频效应(KH2PO4的1.5倍)、宽透过范围(紫外截止边204 nm)、合适的双折射率(可见光区约为0.067),计算相位匹配波长为248 nm,是具有潜力的紫外非线性光学材料。

 

Zn2BO3(OH)的结构演变:从KBBF到C2-Be2BO3F(C2-BBF)再到Zn2BO3(OH),保留优势层状结构的同时,实现层间作用力增强与无毒化的进步。

相关研究成果发表在《先进科学》(Adv. Sci., DOI: 10. 1002/advs.201901679)上,进一步研究评估工作正在进行中。

该研究获得科技部、国家基金委和中科院的大力支持。

论文:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.201901679

 

 

 

 

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