新疆理化所溴硼酸盐紫外非线性晶体材料研究取得进展

硼酸盐非线性光学晶体材料作为一类重要的光电功能材料，已在航天、能源、工业制造、医学、科研等领域有广泛应用。中国科学院新疆理化技术研究所光电功能材料团队针对卤素硼酸体系，通过调控结构，设计合成了一系列性能优异的含卤素碱金属/碱土金属硼酸盐非线性光学晶体，如Ba4B11O20F（J. Am. Chem. Soc., 2013, 135, 4215.），Ba3B6O11F2（J. Mater. Chem.,2012, 22, 9665），K3B6O10Br（CrystEngComm, 2011, 13, 2899.）等。其中，K3B6O10Br晶体紫外截止边约为230nm，具有类钙钛矿结构，粉末倍频效应约为3KDP并能实现相位匹配。但是，由于该体系中含有高温下易挥发的溴元素，较难利用高温熔液法生长。

近期，该团队科研人员通过调整合适的助熔剂比例，降低晶体生长温度和粘度，在国际上首次采用高温熔液法获得了尺寸为22 mm×22 mm×10 mm的透明K3B6O10Br单晶，晶体生长成品率达到70%。同时，对晶体切割单晶器件，测试了其非线性光学系数，研究了其相位匹配性能。基于第一性原理计算，分析了其电子结构特征，分析了其结构性能关系。研究表明，K3B6O10Br能够实现Nd：YAG激光直接290nm倍频输出，通过和频方式能够实现266nm激光输出，在紫外非线性光学领域有潜在的应用前景。该研究成果不仅能为含易挥发元素单晶生长提供技术借鉴，也提供了新的非线性光学晶体参与国际竞争。

该研究成果已于近期发表在J. Phys. Chem. C上。相关研究工作得到中科院“西部之光”项目、国家自然科学基金、中国科学院“引进国外杰出人才”择优支持基金、中国科学院知识创新工程重要方向项目等项目资助。

KBOB晶体照片及非线性光学效应分析