四配位硫属中红外非线性光学材料结构-性能分析

中红外非线性光学晶体通过典型的变频技术可高效输出中红外激光,是中红外激光器的重要部件,在军事和民用领域有着广泛的应用.目前有实际应用前景的中红外非线性光学材料大多是由四面体基元构成结构框架的四配位硫属化合物.本文回顾了21种代表性四配位硫属化合物的晶体结构、光学性能,以及理论计算结果,分析总结了四配位硫属中红外非线性光学晶体的晶体结构与光学性能之间的关系,这对探索性能优异的新型中红外非线性光学晶体具有重要指导意义.     

新型可实用化红外非线性光学晶体研究进展

红外非线性光学晶体可以变频输出中远红外激光,在国防和民用方面都有重要应用.本文综述了近十年来发现的具有实用前景的新型红外非线性光学材料的研究进展,主要讨论已经获得较大尺寸单晶的新材料.这些晶体具有优秀的综合性能,包括足够大的非线性光学系数,宽的红外透过范围,合适的双折射,较好的单晶生长习性和稳定的物化性质.本文将从晶体结构、晶体生长、物化性能、红外激光输出等方面进行综述,并对红外非线性光学晶体未来的发展方向做出一定的讨论.     

中国科学院合肥物质科学研究院安徽光机所红外非线性晶体材料实验室

正红外非线性光学晶体在国防、环境和医疗等领域均具有重要应用。安徽光机所自上世纪80年代起,持续开展红外非线性晶体研制和光学性能研究,以"面向国家需求,瞄准红外非线性光学材料发展前沿,致力于材料学高技术集成与创新、新型红外非线性晶体材料探索、优质红外非线性晶体制备与器件化应用"为宗旨,研制出系列红外非线性晶体。研究方向:中、长波红外(3～5 μm、8～14 μm)非线性晶体制备和光学性能研究。图1 吴海信研究员实验室负责人吴海信     

硫属卤化物红外二阶非线性光学晶体材料的研究进展

对二阶红外非线性光学晶体材料的研究是当前激光及非线性光学领域研究的重点、难点和热点之一.由于满足应用需求的材料比较缺乏,很有必要从源头上探索潜在的新型红外非线性光学晶体材料.硫属化合物和卤化物是红外非线性光学晶体新材料探索的主要体系,前者一般表现出大的倍频效应和宽的红外窗口,后者则多具有大的光学带隙,即高的抗激光损伤阈值.结合两者的优势,有望获得综合非线性光学性能优异的新材料.在此背景下,本文综述了近期硫属卤化物红外非线性光学晶体材料的研究现状,包括含S8单元的卤化物、包盐硫属卤化物和钡基硫属卤化物.这些硫属卤化物的粉末样品大都表现出优异的非线性光学性能.最后,本文讨论了该方向未来研究的机会和重点.     

8～12μm长波红外非线性晶体研究进展

中长波红外3～5μm、8～12μm波段激光在红外对抗、环境监测、医疗诊断等诸多领域均有重要应用.通过非线性频率变换技术是获得中长波红外激光的主要方式,红外非线性晶体是其中的核心部件.目前,3～5μm中波红外非线性晶体已基本满足激光的应用需求.随着近年来激光波长向长波红外的拓展,以及中/长波红外多波段融合技术的发展,迫切需要性能优异的长波红外非线性晶体.论文主要对目前已知8～12μm波段的长波红外非线性晶体进行梳理,并分别从晶体性能、制备技术以及激光应用等方面综述它们的研究进展,对比分析它们在长波红外波段的应用潜质以及存在的技术瓶颈,指出长波红外非线性晶体的重点研究方向.     

磷属化物非线性光学晶体研究进展

红外非线性光学晶体可以通过频率转换输出中远红外激光,在军事和民用领域都具有重要的应用.硫属化物和磷属化物皆是优秀的中远红外非线性光学材料的候选体系,近二十年来,硫属非线性光学材料得到了广泛研究和应用,然而对磷属非线性光学材料的研究还相当匮乏.本文从新材料探索方面,综述了目前已经报道的磷属非线性光学材料的研究进展,按照晶体结构将其分为三大类,即经典的黄铜矿型结构、同原子键结构以及其他四面体堆积结构.主要讨论了这些化合物的晶体结构、非线性光学性能以及构效关系.最后探讨了磷属红外非线性光学晶体未来的发展方向.     

ZnGeP2晶体点缺陷影响光学性能的研究进展

ZnGeP2晶体具有非线性系数大和透光波段宽的特点,是目前重要的中红外频率转换介质材料。然而,点缺陷的存在却引起了ZnGeP2晶体的额外光学吸收,影响了其应用发展。本文对ZnGeP2晶体点缺陷影响光学性能的研究进展情况做了详细的综述。利用电子顺磁共振技术研究了ZnGeP2晶体中存在的点缺陷类型;结合光学吸收和电子顺磁共振方法分析了ZnGeP2晶体点缺陷影响光学性能的机理;介绍了降低ZnGeP2晶体额外光学吸收的方法;最后,展望了围绕ZnGeP2晶体点缺陷及光学性能将开展的研究方向。     

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.     

非线性晶体应用于中长波红外固体激光器的研究进展

中波红外3～5μm波段以及长波红外8～12 μm波段的激光处于大气传输窗口,在激光成像、环境监测、激光雷达、激光医疗、化学遥感和红外对抗等领域有着非常广阔的应用前景.基于非线性光学晶体,采用光学非线性频率变换技术在实现中长波红外固体激光输出方面具有明显的技术优势.该方法激光器结构简单,且晶体本身并不参与能量交换,因而没有量子亏损,从而产热很少.同时具有单色性好、宽调谐、高功率等优点.本文针对常用以及新型非线性光学晶体,对其应用于中长波红外固体激光器的研究进展做了详细的总结.     

红外非线性光学晶体研究进展

利用红外非线性光学晶体对可见或近红外激光进行频率下转换,是获取3μm以上中远红外激光的重要途径。本文从红外技术的发展对红外非线性光学材料提出的要求出发,系统地综述了非氧体系的红外非线性光学晶体的性能特点以及研究进展。介绍了单晶材料ZnGeP2、CdSiP2、LiInS2系列晶体及BaGa4S7、BaGa4Se7、AgGaGeS4、AgGaGe5Se12、AgGaxIn1-xSe2和GaS0.4Se0.6,以及以OP-GaAs为代表的周期结构准位相匹配材料的研究进展。最后,本文指出了目前红外非线性光学晶体研究领域存在的问题和发展趋势。     

紫外、深紫外非线性光学晶体探索十年回顾

本文讨论了近10年来我们研究组在探索紫外、深紫外非线性光学晶体方面的经历。这些经历中有成功的一面,也有不成功的一面。成功的一面包括KBBF晶体的发现及最短倍频波的输出(184.7nm),以及最近使用的一种特殊的器件设计,使KBBF晶体能够产生有效的深紫外谐波光输出;KABO晶体的发现及厘米级晶体的获得,有可能使此晶体在Nd∶YAG激光的4、5倍频器件中得到应用。而我们没有想到的是线性和非线性光学性能均很优秀的SBBO晶体,却发现结构的完整性有问题,目前还不能得到实际的应用,在今后仍需花很大的精力去研究它。最后,我们虽然已花了10年时间,但深紫外非线性光学晶体仍旧没有得到理想的解决,还需我们继续努力。由此可见,一个科学问题的认真解决,是需要花非常长的时间。本文希望把我们研究组的近10年来的经验写出来,供大家参考,以求共勉。     

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.     

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。     

利用化学键方法寻找新型光学晶体

利用化学键的观点定量地研究了一些具有各种晶体结构实用材料的介电性质。采用已建立的化学键方法，分析了这些晶体的介电性质与其组成化学键之间的关系。更进一步，基于晶体的化学键方法提出了一个组合方法用于定量确定具有相似晶体结构材料的介电性质。从目前的工作中可以推导出光学晶体非线性起源的结构信息，因此可以在一定程度上帮助人们开展非线性光学晶体工程的研究工作。     

Growth and characterization of semi organic nonlinear optical LHPCL crystals

The growth of single crystals of L‐histidinium perchlorate (LHPCL), a semi organic nonlinear optical material with dimension upto 5 × 6 × 2.5 mm³ is reported. Good optical quality single crystals were grown from aqueous solution by slow solvent evaporation technique. The grown crystals were characterized by single crystal X‐ray diffraction (XRD), FT‐IR and optical transmission studies. Thermal studies confirm that LHPCL has a fairly high thermal stability (272°C) when compared with other members of histidine family. The scanning electron microscopy (SEM) provides information on the quality of the samples and grain distribution over the surface of the sample. The dielectric constant and dielectric loss of the compound were measured at different frequencies, and also at varying temperatures and the results of these experiments are discussed. (© 2007 WILEY‐VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)     

Growth and characterization of a novel NLO crystal bis-glycine hydrogen chloride (BGHC)

Single crystals of bis-glycine hydrogen chloride (BGHC), a semiorganic nonlinear optical (NLO) material, have been grown by slow solvent evaporation technique. Good optical quality single crystals with dimensions up to 33×5×5 mm³ are obtained. The crystals are characterized by optical transmission spectrum, FTIR and X-ray diffraction studies. The thermal stability of the crystal is studied by thermogravimetric analysis (TGA) and differential thermal analysis (DTA). The second harmonic generation (SHG) efficiency of BGHC was found to be 5.6 times that of KDP. The laser damage threshold values studied in single shot mode indicates that BGHC crystal possesses a fairly high value of 9.8 GW/cm² and thus the NLO studies confirmed the superiority of BGHC over KDP and urea crystals. The dielectric constant of the crystal was studied as a function of frequency and the results are discussed.     

Growth and characterization of semiorganic nonlinear optical tetrakis thiourea nickel chloride single crystals

A new nonlinear optical material tetrakis thiourea nickel chloride (TTNC) was synthesized and single crystals were grown from mixed solvent of water and isopropanol by both slow evaporation and slow cooling methods. The grown crystals were characterized by powder X‐ray diffraction analyses to confirm the crystal structure. The presence of functional groups and the coordination of metal ions to thiourea were confirmed by FTIR and Raman spectroscopy analyses. UV‐VIS spectrum was recorded to study the optical transparency of the grown crystals. Thermal properties of the crystals have been by investigated using thermo gravimetric (TG) and differential thermal analyses (DTA), which indicate that the material does not decompose before melting. The second order nonlinear optical property of the grown crystal was examined by Kurtz powder technique and mechanical behavior was studied by Vicker's microhardness test. (© 2007 WILEY‐VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)     

2μm波段激光晶体Tm:YAP的生长缺陷

采用提拉法沿a、b、c轴方向生长了Tm:YAP晶体,研究了该晶体的几种常见缺陷.通过化学腐蚀,利用光学显微镜观察了Tm:YAP晶体主要晶面的位错腐蚀坑形貌,发现在沿b轴生长晶体的(010)面上存在位错蚀坑密度不同的区域,对其成因进行了分析.借助偏光显微镜研究了晶体中的孪晶及消光现象,分析了成因并提出了消除措施.用He-Ne激光对晶体内的散射颗粒分布进行了研究,在扫描电镜(SEM)下观察到形状不规则的散射颗粒夹杂.上述研究结果对获得优质Tm:YAP晶体具有重要意义.     

Anisotropic properties of Nd:ReCOB (Re=Y,Gd):A low symmetry self-frequency doubling crystal

The anisotropy of low symmetry Nd:YCOB and Nd:GdCOB crystals, including their linear and nonlinear optical properties, as well as their laser and SFD properties, are discussed in detail, for the first time, in this paper. We have found the optimum directions of doubling-frequency for these crystals are not in the principle planes.