典型非线性光学晶体生长方法综述

非线性光学晶体具有多种生长方法,每种方法都有其独特的优势和适用的晶体,通过了解典型非线性光学晶体生长方法的特点,可以确定采用哪种方法获得高质量的晶体,达到预期的目的.本文主要对典型非线性光学晶体生长方法进行相关介绍,如水热法生长KTP晶体、水溶液法生长KDP晶体、有机溶液法生长DAST晶体、高温溶液法生长BBO、LBO、KBBF等晶体、泡生法生长CBO晶体、提拉法生长LiNbO3晶体、布里奇曼法生长CdSiP2、ZnGeP2、BaGa4 Se7等晶体,阐述典型非线性光学晶体的原料、溶液配制、温度压力的控制等实验制备条件,展示所生长出的晶体样品.通过对上述方法总结,为今后的晶体生长方法选取提供借鉴.     

晶体人生丨陶绪堂:从有机-无机复合材料走进多彩晶体世界

有机-无机复合材料因其涉及范围更广,材料设计的可选择性大,同时可以兼具无机和有机材料的优点,近年来受到国内外研究人员的高度关注。此次访谈中,陶绪堂教授首先回顾了山东大学晶体材料研究所和晶体材料国家重点实验室在蒋民华院士带领下,开展有机-无机复合非线性光学晶体材料(LAP)研究,并获得国家发明一等奖的历程,介绍了课题组目前在有机-无机复合晶体材料方面的研究进展,结合自身科研历程,重点分析了目前有机-无机复合材料发展的趋势和存在的主要问题,展望了有机-无机复合晶体薄膜在能源领域的应用潜力。最后指出要想从诸多有机-无机复合晶体中产生新的“中国牌”晶体,需要大家共同努力的方向。     

一种全新的非线性光学材料-金属有机配合物硫氰酸汞镉合乙二醇一甲醚(GCMTC)

本文报道了在水和乙二醇-甲醚体积比为1∶1的混合液中,用低温溶液法生长出金属有机配合物型非线性光学晶体硫氰酸汞镉合乙二醇一甲醚(GCMTC)晶体.该晶体具有较强的粉末倍频效应,用半定量的方法测定了其SHG强度约为尿素的10倍.透光范围为366～2770nm,比氰酸汞镉(CMTC)紫移了14nm.具有较稳定的物理化学性能.是一种具有潜在的应用前景的非线性光学晶体.     

L-苹果酸脲光学晶体的台阶生长机制

L-苹果酸脲是一种新型的有机非线性光学晶体,具有广阔的应用前景.研究表明,L-苹果酸脲晶体在乙醇介质中生长时,晶体形态为棱柱形.L-苹果酸脲晶体生长呈现明显的台阶生长,当过饱和度比较低时,其台阶生长机制为螺旋机制;当过饱和度较大时,L-苹果酸脲晶体台阶生长机制为二维成核机制.     

有机非线性光学晶体—水甲酸锂的研究综述

甲酸盐晶体是一族引人瞩目的非线性学学材料，一水甲酸锂（ＬＦＭ）是甲酸盐系列中综合性能优良的晶体之一。本文较全面地介绍了一水甲酸锂晶体的发展、生长技术、生长机理及其非线性光学性能。指出一水甲酸锂是很有发展潜力 的紫外非线性光学有机晶体，并提出了进上步开发其应用需要解决的问题。     

含共轭键的紫外非线性光学晶体

紫外非线性光学晶体是实现短波紫外光源输出的关键材料,目前短波紫外变频晶体主要依赖硼酸盐晶体,由于实际应用对晶体综合性能提出更高要求,而进一步发现新型硼酸盐非线性光学晶体难度不断增大,开拓新的材料体系显得尤为迫切.从硼酸盐结构与非线性光学效应关系可知,含有平面共轭基团的硼酸盐具有大的倍频系数、合适的双折射率和短的紫外截止边等特性,平面共轭基团是硼酸盐非线性光学晶体的核心功能基元.因此拓展平面共轭基团研究是探索新体系紫外非线性光学晶体材料的关键环节.基于基团的构效关系,我们团队率先提出以同样是具有平面三角共轭结构的碳酸盐、硝酸盐等化合物为研究对象,拓展紫外非线性光学晶体材料的探索范围.此外,近来我们团队把研究范围进一步拓展到了一些有机共轭体系,例如氰尿酸盐.本文将主要介绍我们团队近年来在碳酸盐、硝酸盐和氰尿酸盐紫外晶体探索方面取得的研究结果.     

有机非线性光学晶体一水甲酸锂的研究综述

甲酸盐晶体是一族引人瞩目的非线性光学材料,一水甲酸锂(LFM)是甲酸盐系列中综合性能优良的晶体之一.本文较全面地介绍了一水甲酸锂晶体的发展、生长技术、生长机理及其非线性光学性能.指出一水甲酸锂是很有发展潜力的紫外非线性光学有机晶体,并提出了进一步开发其应用需要解决的问题.     

晶体材料研究——从体块晶体到微纳米晶体

本文首先简要介绍了晶体的重要性和过去几十年来中国晶体材料研究取得的代表性成果.正文主要以我们课题组开展的工作为例,介绍了激光晶体、非线性光学晶体、磁光晶体、声光晶体、半导体晶体、有机晶体、有机-无机复合晶体、二维晶体、单晶光纤、药物结晶、微纳米晶体等方面的研究进展.这些研究实例的维度已覆盖体块-二维-一维-零维,晶体材料已在国防、经济建设、人类健康和科学技术发展的许多领域,发挥了重要作用并仍将是关键材料.     

新型有机非线性光学材料L-酒石酸脲晶体生长研究

本文研究了有机非线性光学晶体L-酒石酸脲在过饱和溶液中的成核过程.测定了不同温度下L-酒石酸脲的溶解度和成核诱导期,计算了成核特征参数.讨论了不同温度、过饱和度对L-酒石酸脲成核诱导期的影响.研究表明L-酒石酸脲晶体的成核诱导期随着溶液温度和过饱和度的增大而减少.通过经典成核理论计算了L-酒石酸脲的固液表面张力、成核自由能和临界成核半径等系列成核参数.     

非线性光学晶体探索的理论方法发展

非线性光学晶体是一类重要的光电信息功能材料,是光电子技术特别是激光技术的重要物质基础.激光技术的发展与非线性光学晶体的发展密切相关.为加速探索新型优秀非线性光学晶体的步伐,近六十年来旨在阐明其结构-性能关系的理论方法不断发展.本文围绕非线性光学晶体理论方法发展方面的几个重要阶段,回顾并总结了陈创天教授研究思想的科学价值.     

Growth and characterization of bis-glycine sodium nitrate (BGSN), a novel semi-organic nonlinear optical crystal

Single crystals of bis-glycine sodium nitrate (BGSN), a semi-organic nonlinear optical (NLO) material, have been grown by slow cooling method. Good optical quality single crystals with dimensions up to 1.6×1.6×1.0 cm³ are obtained. Using a single-crystal diffractometer, the morphology of BGSN crystal was identified. Powder X-ray diffraction confirms the crystalline nature of BGSN. The grown crystals were characterized by optical transmission spectrum (UV) and FTIR studies. The NLO property of the crystal was confirmed by Kurtz second harmonic generation (SHG) test, and the output power generated by the crystal was compared with that of KDP. The thermal stability of the crystal was studied by thermo-gravimetric analysis (TGA), differential thermal analysis (DTA) and differential scanning calorimetry (DSC). Micro hardness study was carried out for different planes, and the anisotropy behavior of the crystal was observed.     

从矿物宝石到光电功能晶体——解读蒋民华先生《晶体赋》

晶体美丽有用,构造和谐有序。光电功能晶体可实现光能和电能的相互转化,在微电子、光电子、通信、航天及现代军事技术等高科技领域占有重要地位。人类认识晶体,源于天然矿物。从矿物晶体的发现到光电功能晶体的人工生长和应用经历了漫长的发展,晶体种类、晶体质量、生长理论、生长技术以及应用等方面均取得了较大进展。本文简述了从矿物宝石到晶体学发展的历程,介绍了压电晶体、电光晶体、激光晶体、非线性光学晶体和闪烁晶体等几类光电功能晶体发展历程及晶体生长研究的进展,展望了未来光电功能晶体的发展趋势。     

Amino acids-precursors for synthesizing nonlinear optical materials

Some new nonlinear optical materials were synthesized from amino acids l-arginine and l-valine and single crystals were grown from their aqueous solution by solvent evaporation method at constant temperature and slow cooling method. The synthesized materials were identified by carbon, hydrogen, nitrogen (CHN) test and single crystal X-ray diffraction (XRD) analysis. The grown crystals were characterized by measuring their thermal, optical and mechanical properties by Differential Thermal Analysis (DTA), Thermo Gravimetric Analysis (TGA), powder second harmonic generation (SHG) efficiency, damage threshold and microhardness measurements. Our study shows that halides of l-arginine and l-valine are promising Nonlinear Optical (NLO) materials having Second Harmonic Generation (SHG) efficiency, mechanical and thermal stability greater than other semi-organic NLO materials. But among the halide salts, l-valine hydrobromide (LVHBr) emerged as most promising NLO materials as far as SHG efficiency, and damage threshold are concerned.     

紫外与深紫外非线性光学晶体的新进展

随着光刻、激光微加工以及激光光谱仪的发展,紫外与深紫外光谱区的相干光源变得越来越重要.本文简要地回顾了使用阴离子基团理论发展新型硼酸盐系列紫外与深紫外非线性光学晶体的历史,同时系统地介绍了这些硼酸盐系列晶体的线性和非线性光学性质.最后给出一些产生紫外与深紫外谐波输出的典型例子以及它们的应用.     

Synthesis, growth, thermal, optical, dielectric and mechanical properties of semi-organic NLO crystal: Potassium hydrogen malate monohydrate

Potassium hydrogen malate monohydrate (PHMM), a semi-organic nonlinear optical material, has been synthesized and single crystals were grown from aqueous solution. Single crystals of PHMM have been grown by slow evaporation of solvent at room temperature up to dimensions of 22 mm×16 mm×14 mm. Single-crystal X-ray diffraction study on grown crystals shows that they belong to monoclinic system and non-centrosymmetry spacegroup Cc. The structural perfection of the grown crystals has been analyzed by high-resolution X-ray diffraction (HRXRD) rocking curve measurements. Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopic study was performed for the identification of different modes of functional groups present in the compound. The UV–Vis transmission spectrum has been recorded in the range 200–1100 nm. The thermal stability of the compound has been determined by TG-DTA curves. The dielectric studies were performed. From the microhardness measurements, Vicker's hardness number (H_v), Stiffness constant (C₁₁), fracture toughness (k_c), Brittle index (B_i) and yield strength (σ_y) have been calculated. The Young's modulus was calculated using the Knoop hardness measurement. The SHG relative efficiency of PHMM crystal was found to be 1.2 times higher than that of KDP.     

含平面共轭构型的非线性光学晶体

紫外非线性光学晶体是组成紫外固态激光器的关键材料。目前,紫外非线性光学晶体主要依赖硼酸盐晶体,但已有的硼酸盐晶体并不能完全满足应用需求,而进一步研发新型硼酸盐非线性光学晶体难度不断增大,因此开拓新的材料体系显得尤为迫切。从硼酸盐结构与非线性光学效应关系可知,含有平面共轭基团的硼酸盐具有大的倍频系数、合适的双折射率和短的紫外截止边等特性,因此平面共轭基团是硼酸盐非线性光学晶体的核心功能基元。基于几何构型拓展平面共轭基团研究是探索新体系紫外非线性光学晶体材料的重要思路和关键环节。基于此,本团队提出以具有平面三角共轭结构的碳酸盐、硝酸盐、胍盐和具有平面六元环共轭结构的氰尿酸氢盐、巴比妥酸氢盐等化合物为研究对象,拓展紫外非线性光学晶体材料的探索范围。本文将主要介绍本团队近年来在碳酸盐、硝酸盐、胍盐、氰尿酸氢盐、巴比妥酸氢盐紫外晶体探索方面取得的研究成果。     

Ⅰ类高氘DKDP晶片性能研究

受到晶体尺寸以及非线性光学性能的影响,目前可供选择的非线性晶体非常有限。DKDP晶体作为传统大尺寸光电材料,在光参量啁啾脉冲放大(OPCPA)装置中得到了应用。高氘化的DKDP晶体有更好的光学性能,然而生长出高氘化DKDP晶体对生长环境等有更加严格的要求。本文通过改良的原料合成罐以及生长槽,采用点籽晶快速生长法成功生长出高氘DKDP晶体。按照Ⅰ类(θ=37.23°, φ=45°)切割方式制备样品,并对其氘含量、透过率、光学均匀性以及晶体激光损伤阈值进行测试。实验结果表明,晶体的平均氘含量达到98.49%,在可见-近红外波段下具有较宽的透过波段和较高的透过性能。R-on-1的测试结果显示,在3 ns、527 nm条件下,DKDP晶体的激光损伤阈值达到了19.92 J/cm²。晶体光学均匀性均方根达到了1.833×10^-9,表明晶体具有良好的光学均匀性。     

A Novel Nonlinear Optical Complex Crystal with an Organic Ligand Coordinated through an O Atom: Tetrathiocyanatocadmiummercury‐Dimethyl Sulfoxide

A novel nonlinear optical complex crystal with an organic ligand coordinated through an O atom: tetrathiocyanatocadmiummercury‐dimethyl sulfoxide, [CdHg(SCN)₄(H₆C₂OS)₂], (CMTD) is reported for the first time. Single crystals have been grown by temperature‐lowering method, the crystals tructure has been determined, and some physical properties are given. The relations between the crystal structure and nonlinear optical properties are also discussed.     

中红外非线性光学晶体的研究进展

本文综述了几种重要的中红外非线性光学晶体的研究进展,分别详细介绍了各自的结构特点、非线性性能以及他们在频率变换方面的重要应用.提出了在中红外非线性光学晶体生长中遇到的困难,并探讨了解决问题的途径.认为生长性能优异、足够尺寸的红外非线性光学晶体具有非常重要的应用价值,并对中红外非线性光学晶体的研究进行了展望.     

新型中、远红外波段非线性光学晶体磷化锗锌

中、远红外波段黄铜矿类半导体晶体磷化锗锌(ZnGeP2,ZGP)非线性系数、热导率、光损伤阈值高,在中、远红外波段的频率转换方面有广阔的应用前景,特别是其非线性系数是KDP的160倍,是已知非线性光学晶体中最高者之一.该晶体的生长及其应用研究正在逐渐引起各国政府和科研人员的高度重视,并成为材料与光电子(激光)领域的研究热点之一.本文全面综述了该晶体的物性与电光性能,以及多晶原料的合成与单晶的生长方法和其应用前景.