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.     

一类具有π共轭基团氰尿酸盐:新型紫外非线性光学晶体和双折射晶体材料

含有(C3N3O3)3-基团的氰尿酸盐化合物因其具有特征的且与(B3O6)3-基团类似的平面共轭六元环的结构,近年来逐步受科研工作者的关注.相比于(B3O6)3-阴离子基团,等电子结构的(C3N3O3)3-基团具有更短的键长,更强的pπ-pπ之间相互作用,更均匀的p电子分布,以上几个特征使得(C3N3O3)3-基团具有更强的共轭特性,这也导致了含有(C3N3O3)3-基团的化合物具有更大的线性极化率(双折射)和二阶微观极化率(倍频系数).但是目前国内外对此类化合物的研究相对于硼酸盐材料还少之又少,该篇文章主要针对近年所报道的氰尿酸盐非线性光学晶体和双折射晶体进行简单的归纳总结和展望.     

新疆理化所含铅磷酸盐非线性光学晶体材料研究获进展

正非线性光学晶体是固态激光器必不可少的部分,广泛应用于激光技术、光学通讯、光学数据存储和光信号处理等方面。利用非线性光学晶体的性质,可实现各种激光的频率转换,是开辟新的激光光源的根本途径。为了探索紫外/深紫外非线性光学晶体材料,在设计合成时优先会考虑碱金属,碱土金属硼酸盐体系。近几年来,由于磷酸盐材料具有短紫外截止边的优势,成为探索紫外/深紫外非线性光学晶体材料的研究体     

新疆理化所卤素碳酸盐光学晶体研究取得进展

正双折射晶体在人们生活和工业生产应用中起着重要作用。通过双折射晶体可以得到线偏振光,实现对光束的位移等,从而可制作光隔离器、环形器、光束位移器、光学起偏器和光学调制器等。中国科学院新疆理化技术研究所新型光电功能材料研究团队在碳酸盐双折射晶体方面进行了系统的探索研究,将具有产生大的双折射率共轭π键的平面构型CO32-基团与利于紫外光透过的碱土金属阳离子、卤     

新疆理化所含钒氧基元的钒硼酸盐晶体的理论研究获进展

激光光源的波长拓展很大程度上依赖于频率转换器件材料——非线性光学晶体的变频能力。随着激光在紫外和深紫外波段应用的日益重要,如何设计合成性能更优的硼酸盐非线性光学材料以及硼酸盐以外的紫外和深紫外非线性光学材料是当前研究的重点和热点。     

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.     

新疆理化所阳离子对碱金属卤素硼酸盐晶体结构性能影响研究获进展

<正>合成新紫外非线性光学晶体材料是现代激光技术发展的需求。目前,基于阳离子替代是获得新非线性光学材料的重要而有效方法之一,碱金属和卤素离子利于拓宽硼酸盐在紫外波段的透过范围。因此阳离子对碱金属卤素硼酸盐结构性能影响的研究一直备受国际关注。中科院新疆理化技术研究所光电功能材料研究团队在K3B6O10Br晶体中引入Na,合成出四种新晶体,     

新疆理化所溴硼酸盐紫外非线性晶体材料研究取得进展

<正>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.     

福建物构所深紫外非线性光学晶体材料研究获新进展

<正>深紫外激光具有波长短、光子能量高等优点,因而在高分辨率成像、光谱应用、微细加工等诸多领域具有重要的应用价值,利用深紫外非线性光学晶体进行变频是获得深紫外激光的主要手段。优良的深紫外非线性光学晶体既要具有大的非线性光学效应,又要具有短的紫外吸收边,而这两种性能在某种程度上是相互冲突的,这就需要在两者之间达到一个微妙的平衡。目前,已知的深紫外非线性光学晶体几乎都是硼酸盐,基     

福建物构所在拓宽非线性光学晶体的相配匹配范围研究中获进展

正探索发现性能优异的深紫外非线性光学晶体一直是功能材料研究领域的热点。三硼酸锂(LBO)晶体是中国科学院福建物质结构研究所发现的一种优秀的紫外无机非线性光学晶体,具有生长晶体尺寸大、光学质量好、透光范围宽、倍频系数大和损伤阈值高等优点,是目前应用于高功率固体激光器件的最佳倍频晶体材料。但是由于LBO晶体的双折射率偏小,使之难以通过相位匹配技术直接倍频产生深紫外相干光源。尽管     

碳酸钙镁石家族非线性光学晶体研究进展

自倍频晶体是将激光和非线性光学效应集于一体的一类晶体,可以实现波长变换、调幅、开关、记忆等功能,被广泛应用于光电子、光通信、激光等领域。然而现有的Nd∶LiNbO₃(Nd∶LN)、Nd∶Na₃La₉O₃(BO₃)₈(Nd∶NLBO)、Nd∶La₂CaB₁₀O₁₉(Nd∶LCB)等晶体由于固有的光折变效应、二次谐波(SHG)输出功率低、光学均匀性差等缺点限制了其进一步的应用,发展新的激光自倍频晶体具有重要的意义和价值。碳酸钙镁石家族硼酸盐晶体由于具有较大的非线性光学(NLO)系数、不易潮解、优异的光学性能和机械性能等优点,近几十年来成为人们重点研究的对象。本文从晶体结构、生长方法、性能、发展趋势等方面,着重介绍了碳酸钙镁石家族REM₃(BO₃)₄(RE为稀土元素La-Lu和Y;M为Al,Ga,Sc)和La_xRE_ySc_z(BO₃)₄(RE=Gd,Y,Nd,Lu,Sm,Tb;x+y+z=3)共取代型硼酸盐非线性光学晶体。对比了不同助熔剂、气氛、方法生长的晶体的紫外(UV)截止边、光学性能、非线性性能的差异。通过改善生长工艺,进行元素掺杂等可以得到光学性能良好、非线性性能显著、有广泛市场应用前景的自倍频(SFD)晶体。     

非线性光学晶体Na3La9O3(BO3)8的高功率纳秒激光三倍频特性研究

本文对新型非线性光学晶体Na₃La₉O₃(BO₃)₈(NLBO)三倍频产生355 nm紫外纳秒激光的特性进行了研究。以重复频率10 kHz、脉冲宽度10 ns的高功率1 064 nm调Q激光器作为基频光源,采用I类相位匹配的LBO和NLBO晶体分别作为倍频晶体和三倍频晶体,获得平均输出功率152.5 mW的355 nm紫外纳秒激光输出,为目前采用NLBO晶体获得355 nm紫外激光的最高输出功率。本文还研究了NLBO晶体在实现三倍频最佳输出时晶体偏转角度随温度的变化规律,从实验角度对NLBO晶体在不同温度下的三倍频最佳相位匹配角度进行了修正。     

A7MIIRE2(B5O10)3系列紫外非线性光学晶体的研究进展

稀土硼酸盐非线性光学(NLO)材料由于其在激光技术领域的重要应用而备受关注,这主要是因为三价稀土离子如Y³⁺、Sc³⁺、Lu³⁺等可以有效抑制d-d和f-f电子跃迁从而扩宽化合物的透过范围,同时稀土原子与氧原子结合成畸变的多面体可增强材料的非线性光学效应。A₇M^IIRE₂(B₅O₁₀)₃系列(RE为稀土金属,A为碱金属、M为二价金属)化合物是稀土硼酸盐中一类重要的材料,其A、M以及RE位点具备灵活的占据方式,近年来得到了广泛关注。通过化学元素取代法,研究者们对该类化合物的种类进行拓展,目前已经合成出数十种属于该体系的化合物。这些化合物的截止边大多处在紫外甚至是波长小于200 nm的深紫外波段,非线性光学效应为0.4~2.1倍KDP,在紫外以及深紫外波段非线性光学领域中展现出了应用潜力。本文对其研究现状进行了总结,分析了其微观结构与光学性能之间的关系,并指出不同位点组分对材料非线性光学性能的影响,以期对此类化合物今后的发展提供参考。     

The role of two coordination compounds as novel transparent nonlinear optical crystals

This paper reports the synthesis, structure and properties of two coordination compounds which are transparent in the visible region and show a relatively strong nonlinear optical (NLO) effect. The first crystal, Zn(2-NH₂py)₂CI₂ (2-aminopyridine zinc dichloride, DAZC), shows a SHG (second harmonic generation) effect 8 times as strong as that of KDP. X-ray single crystal structure analysis reveals that the molecule possesses a tetrahedron configuration around the zinc atom, and all the molecules are aligned in an almost fully parallel direction.The second compound, Zn(acac)₂(PhTU) (phenylthiourea zinc diacetylacetate, PZDA), shows a powder SHG effect as strong as 10 times that of KDP. X-ray single crystal structure analysis shows that the molecule possesses a square pyramidal configuration around the zinc ion, and the molecules are aligned almost in a parallel arrangement in the lattice. These two crystals may represent a novel strategy for designing new transparent NLO materials.     

Top-seeded solution growth of LiB3O5

We report on the top-seeded solution growth of LiB₃O₅ from an excess B₂O₃ solution. Parameters investigated include the Li₂O/B₂O₃ ratio, rotation rate, pulling rate, cooling rate, and seed direction. With careful control of the above parameters, we have grown clear crystals of 25 × 30 × 20 mm in size. Selected nonlinear optical properties of these crystals are reported. Observations concerning the occurrence of unstable growth (inclusions, hopper growth) are discussed, and methods to eliminate the unstable growth are suggested.     

g-C3N4基异质结的光催化应用研究进展

半导体异质结光催化剂因其在太阳能利用和转化方面广阔的应用前景而备受关注。合理构建两种或两种以上半导体材料的异质结构,可以集成多种组分的优点,改善光生电荷分离,扩大对可见光的吸收范围,保持光催化剂的高氧化还原能力。近年来,由于g-C₃N₄具有合成简单、稳定性高、独特的光学和电学特性等诸多优点,g-C₃N₄基异质结构的构建成为研究热点。本文针对近年来g-C₃N₄基异质结改性的研究现状,依据g-C₃N₄与其他半导体电荷转移路径的不同综述了三种异质结结构(g-C₃N₄基Ⅱ型异质结、g-C₃N₄基Z型异质结和g-C₃N₄基S型异质结),以及其在环境修复和能源方面的应用。最后对g-C₃N₄基异质结光催化剂存在的问题进行总结和展望。     

Growth and spectroscopic properties of Er single doped and Er–Yb co-doped YAl3(BO3)4 crystals

Er³⁺-doped and Er³⁺–Yb³⁺ co-doped yttrium aluminum borate (YAB) single crystals have been grown by the top-seeded solution growth method using a new flux system, namely NaF–MoO₃–B₂O₃. The Er³⁺ concentrations were 1.3 mol% for both single doped and co-doped crystals and the Yb³⁺ concentration in the Er³⁺–Yb³⁺ co-doped crystal was 20.0 mol% in the raw materials. The distribution coefficients of Er³⁺ single doped and Er³⁺–Yb³⁺ co-doped crystals were measured. The polarized absorption and fluorescence spectra of Er³⁺–Yb³⁺ co-doped crystal were recorded and compared with those of Er³⁺ single doped crystal. The results demonstrate that Er³⁺–Yb³⁺ co-doped YAB crystal is a potential candidate for 1.55 μm laser materials.     

X/g-C3N4(X=g-C3N4、AlN及GaN)异质结光催化活性的理论研究

本文采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势方法,研究了单层g-C₃N₄以及X/g-C₃N₄(X=g-C₃N₄、AlN及GaN)异质结的稳定性、电子结构、功函数及光学性质。结果表明,X/g-C₃N₄异质结的晶格失配率和晶格失配能极低,说明X/g-C₃N₄具有优异的稳定性。与单层g-C₃N₄相比,X/g-C₃N₄的带隙均减小,态密度的波峰和波谷均大幅提高且出现了红移现象,处于激发态的电子数量增加,使得电子跃迁变得更为容易,表明构建异质结有利于提高体系对可见光的响应能力。此外,X/g-C₃N₄的功函数均减小且在界面处形成了内建电场,有效抑制了光生电子-空穴对的复合,这对载流子的迁移以及光催化能力的提高大有裨益。其中,GaN/g-C₃N₄的功函数最小,在界面处存在电势差形成了内建电场且红移现象最明显,可推测GaN/g-C₃N₄的光催化性能最好。因此,本文提出的构建异质结是提高体系光催化活性的有效手段。     

Raman spectra of rapidly quenched glasses and melts containing large amounts of Li2O

Raman spectra were measured of rapidly quenched glasses and the corresponding liquids in binary and ternary (pseudobinary) systems composed of Li₂O and several glass-forming oxides such as B₂O₃, P₂O₅, and/or SiO₂. The fractions of the various structural units present were determined from the deconvoluted Raman peaks. Glasses with large amounts of Li₂O were composed of discrete structural units such as ortho-oxoanions and pyro-oxoanions. Based on these data the structural units in the glasses and the corresponding liquids were identical, although in some cases those in the corresponding crystals were different. In the pseudobinary systems combining pyro-oxosalts of lithium borate, phosphate and silicate, non-bridging oxygens were preferentially formed at the phosphate structural units rather than at the borate or silicate structural units. This order of preference was consistent with that of the acidity of the glass-forming oxides in the liquids.     

Investigation of the network structure of niobium borate glasses

Some structure parameters of niobium borate glasses have been determined with the analytical data of X-ray diffraction and IR spectra. On the basis of experimental results, the model of the Nb₂O₅---B₂O₃---K₂O (NBK) glass network was inferred to be framed by circular structural units which are composed of six-membered and four-membered groups of NbO₆, BO₄ and BO₃ polyhedra in the glasses.