一种潜在的新型非线性光学材料-氟硼酸铍

氟硼酸铍（Be2（BO3）F，简写为BBF），属单斜晶系，空间群为C2。该化合物含有BO3平面三角形基团。BeO3F四面体与BO3基团连接形成六元环，通过Be—F—Be将层与层之间交叉联结起来。理论计算表明其Eg=7．80eV，吸收边在150nm；有较大的双折射率，△n=0．0915；倍频系数计算结果显示：d22=-0．0723pm／v，d16=-0．0172pm／v，d14=-0．00928pm／v，d23=0．0053pm／v。对合成得到的材料粉末样品进行XDR物相测试验证和热分析。粉末倍频测试表明该材料的倍频讯号强度为KDP的1／4左右。实验证明BBF可能是一种潜在的紫外、深紫外非线性光学材料。     

KLi(HC3N3O3)·2H2O晶体的电光效应和生长研究

本文采用电光系数的粉末测试方法，探索发现了新型电光晶体KLi(HC₃N₃O₃)·2H₂O。根据粉末样品的红外反射光谱和拉曼光谱，计算获得晶格振动对电光系数的贡献值，再加上粉末倍频效应推算的有效非线性光学系数，最终计算出KLi(HC₃N₃O₃)·2H₂O的电光系数为2.37 pm/V,与商用电光晶体β-BBO相当。采用水溶液法进行晶体生长，测试不同原料生长晶体时的过热和过冷曲线，优化生长工艺，获得35 mm×25 mm×10 mm透明晶体。采用X射线定向技术辅以压电系数测量，确定了晶体形貌与各向异性生长速率的对应关系。     

Ba7AgGa5S15:一种新型混合金属硫化物的非线性光学性能研究

采用高温熔融-自发结晶法成功获得一种新型混合金属硫化物Ba7AgGa5S15.该化合物结晶于非中心对称的P31c空间群(No.159),晶胞参数为a=0.964 53(10) nm,c=1.805 9(4) nm,Z=2.其结构是由[Ga4 S10] T2超四面体与[AgS4]四面体共顶点连结形成的含有18元环孔道的三维网状框架,孤立的[Ga(2)S4]四面体填充在孔道中,Ba2+填充在该三维框架结构的空隙当中.第一性原理计算研究了该化合物的电子结构、态密度、双折射率、二阶非线性光学系数,以及倍频密度.结果 表明,该化合物具有大的光学带隙(3.76 eV),其带隙主要由S3p,Ba5d和Ga4s轨道决定;其d33方向上的倍频系数约为AgGaS2的0.4倍,主要倍频贡献来源于[AgS4]和[GaS4]四面体.该研究表明在Ag-Ga-S体系中引入Ba2+,形成的Ba7 AgGa5S15表现出比AgGaS2更宽的带隙,有利于产生高的激光损伤阈值(LDT).     

砷化锗镉晶体的合成与生长

砷化锗镉(CdGeAs2)晶体是一种重要的中远红外波段非线性光学晶体,非线性光学系数高达236pm/V[1]。此外,晶体的透光波段宽(2.4~18μm)[2],双折射率适中(ne-no=0.1)·K)[3],具有广泛的应用前景。本文采用单温区法合成了CdGeAs2多晶原料。采用可视温梯冷凝法生长了大尺寸,低吸收系     

二维Janus型铬硫化物电子和压电性质研究

本文主要研究了二维Janus型铬硫化物[Janus CrXY (X/Y=S, Se, Te)]的电子、压电性质。结果表明Janus CrXY是优良的半导体材料，其带隙宽度为0.27～0.83 eV,x轴方向的应变调控对带隙影响较大，而z轴方向的应变调控对带隙影响很小，说明该体系电子特性在z轴方向具有良好的稳定性。通过密度泛函微扰法对体系的压电特性进行研究，结果表明，三种材料均具有较大的面外压电系数d₃₃,特别是CrSeTe的d₃₃可达56.89 pm/V,约是常用压电材料AlN(d₃₃=5.60 pm/V)的10倍。本研究可为二维Janus CrXY在柔性智能纳米领域的实际应用提供理论支撑。     

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.     

黄铜矿类半导体砷化锗镉晶体的研究进展

砷化锗镉,CdGeAs2,是三元的黄铜矿类半导体,具有非常高的非线性光学系数(236pm/V),这使得其作为CO2激光器倍频转换方面有突出的优势.长期以来生长晶体时由于存在严重的各向异性而使晶体开裂.砷化锗镉晶体在5.5μm处存在强吸收使得频率转化的效率非常低,此吸收是晶体内存在大量受体缺陷造成的.本文对晶体生长的几种方法和红外吸收进行论述,并提出掺杂予体的方法降低红外吸收.     

Ga3PO7晶体结构及声表面波特性研究

本文采用第一性原理方法研究了磷酸三镓(Ga3PO7)晶体的几何结构和电子结构.计算了该晶体X,Y,Z切型传播角度为0～180°的声表面波速度,机电耦合系数和能流角.第一性原理研究表明该晶体具有较强的共价键结构特征,其带隙为3.646 eV,属于直接带隙材料.计算结果表明其声表面波速度范围为3620 ～3850m/s,与石英晶体相当,但其Y切型的机电耦合系数最高可达1.075;,是石英晶体的三倍.     

BaMgF4晶体电子结构及光学性质的第一性原理研究

运用CASTEP软件计算了完整的BaMgF4晶体的电子结构、介电函数和吸收光谱.采用剪刀算子进行修正,根据实验结果和计算结果比对,确定剪刀算子值为4.77 eV.计算结果显示完整的BaMgF4晶体在14.203～14.475 eV和21.480～21.767 eV两个区间有很明显的吸收峰,吸收边为10.337 eV,对应BaMgF4晶体的本征吸收边125 nm,计算结果与实验结果基本一致.     

铌锌酸铅-钛酸铅单晶的生长及性能

本文系统地研究了(1-x)Pb(Zn_1/3Nb_2/3)O₃-xPbTiO₃(PZN-PT)单晶的光学透过率与结晶取向和组分的关系,发现四方相单晶的透过率明显大于三方相和准同型相界(MPB)。[001]方向极化的四方相PZN-12%PT单晶在0.5~5.8 μm的波段范围内,未镀增透膜的晶片透过率约为65%;准同型相界处PZN-8%PT单晶沿[011]方向极化的单晶透过率高于[001]和[111]方向。随着PT含量变高,单晶带隙逐渐变小。本文中还测量不同组分单晶的折射率,和大多数ABO₃型钙钛矿结构化合物相似,PZN-PT单晶的折射率较大,随着波长的减小其值迅速增大。晶体的色散现象明显,拟合得出各组分晶体的色散方程。利用塞纳蒙补偿法和双光束干涉法测量了电光系数,PZN-PT单晶的电光系数较大,在准同型相界附近其值达到极大,[001]方向极化PZN-8%PT单晶有效电光系数为460 pm/V,比广泛应用的铌酸锂高出20倍。四方相PZN-12%PT单晶有效电光系数为138 pm/V,在20~80 ℃范围内其值变化不大。良好的透光性能和优异的电光性质,使PZN-PT单晶可以满足高速低功耗电光器件的要求。     

ADP及KDP晶体纵向压电系数d33的计算及其验证

ADP(磷酸二氢铵)和KDP(磷酸二氢钾)晶体都属于42m点群,是20世纪早期的著名压电晶体,具有易于大尺寸生长的优点。但它们在主轴坐标系中只有厚度切变压电系数(d14,d36),没有纵向压电系数(d33,k33),而这种纵向压电效应在实际应用中较多。本文通过利用坐标变换的方法,计算了这两种晶体纵向压电性能在空间的分布。通过计算,首先我们发现这两种晶体在空间存在着纵向伸缩压电效应,其次我们还得到了它们在空间的纵向压电系数的最大值和切型。ADP晶体:d33,m ax=8.66×10-12C/N,切型为(xywl)45°/50°;k33,m ax=0.07,切型为(xywl)45°/50°。KDP晶体:d33,m ax=4.54×10-12C/N,切型为(yzlw)45°/55;°k33,m ax=0.04,切型为(yzlw)45°/48°。ADP晶体的纵向压电性能略好于KDP。另外,本文还分别对上述计算结果进行了实验验证,实验结果与计算结果基本一致。对两种晶体压电器件的进一步开发和利用具有理论指导意义。     

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.     

CdSe晶体倍频光学参数及元件加工研究

对红外非线性光学晶体CdSe的倍频光学参数及其元件加工进行了研究.根据非线性光学原理和折射率色散关系,从理论上计算出CdSe晶体的有效非线性系数和倍频元件相位匹配角与基频光波长(5.5～10.0 μm)的调谐特性曲线,从实验上探索到一种通过解理试验和XRD定向测试,快速确定其光轴方向的晶体定向新方法.结果表明,CdSe晶体在Ⅱ类相位匹配条件下的有效非线性系数d_(eff)为d_(15)sinθ,倍频转换效率与方位角无关;在Ⅰ类相位匹配条件下其有效非线性系数d_(eff)恒等于0,无倍频输出.根据理论计算结果,运用定向新方法,针对VUVG法生长出的外观无方向特征的CdSe晶体,经定向切割、研磨和抛光,初步加工出基频波长为9.6 μm的CdSe晶体Ⅱ类相位匹配倍频元件, 尺寸达9.5 mm×9.5 mm×18 mm.     

3 C-SiC表面电子结构及光学性质的第一性原理计算

采用第一性原理对3C-SiC块体和3C-SiC(111)、(110)和(100)三个表面的电子结构和光学性质进行理论计算.计算结果表明:3C-SiC块体是带隙为1.44 eV的G-M间接带隙半导体,3C-SiC(111)表面是带隙为2.05 eV的M-G间接带隙半导体,3C-SiC(110)表面形成带隙值为0.87 eV的直接带隙半导体;3C-SiC(100)表面转变为导体.由光学性质分析得到,与3C-SiC块体比较,3C-SiC(100)、(110)、(111)表面的介电函数,吸收谱,反射谱,能量损失函数等均出现红移.     

层状化合物La0.26Bi0.74OOH光学性能的研究

构建非中心对称结构及研究材料的构效关系对于探索新型非线性光学晶体具有重要意义.La0.26Bi0.74OOH是一种具有PbFC1型结构的层状化合物,结晶在非中心对称的正交晶系空间群Pmm2,其主体结构由[La0.26Bi0.74O2]-层和H+阳离子组成.本文采用水热法合成了La0.26Bi0.74OOH晶体,并首次测试了该化合物的非线性光学性能.粉末倍频实验显示La0.26Bi0.74 OOH的倍频响应为KH2PO4的0.6倍.紫外-可见-近红外漫反射光谱表明该化合物的截止波长为335 nm.此外,第一性原理计算显示该化合物为直接带隙半导体,其内部的Bi-O和La-O基团对La0.26Bi0.74 OOH的非线性光学性能起主要作用.     

尿素晶体线性和非线性光学系数的计算

本文使用从头计算平面波赝势法计算了尿素晶体的电子能带结构、线性和非线性光学系数,折射率和倍频系数的计算结果与实验结果基本符合.计算发现尿素晶体中C、N和O元素的2p轨道电子态发生了明显杂化,而能量较高的2p轨道电子态的杂化是其非线性光学效应的主要来源.     

ADP晶体电光系数测量

用静态法测量了ADP晶体的电光系数,在波长632.8nm,γ63=8.14±0.1×10-12m/V,γ41=22.2±0.2×10-12m/V,在488nm,γ63=8.07±0.1×10-12m/V,γ41=22.9±0.2×10-12m/V,实验值与文献基本一致。     

P和As掺杂Mn4Si7第一性原理计算

采用第一性原理计算方法,对本征Mn₄Si₇以及P和As掺杂的Mn₄Si₇的电子结构和光学性质进行计算解析。计算结果表明本征Mn₄Si₇是带隙值为0.810 eV的间接带隙半导体材料,P掺杂Mn₄Si₇的带隙值增大为0.839 eV,As掺杂Mn₄Si₇的带隙值减小为0.752 eV。掺杂使得Mn₄Si₇的能带结构和态密度向低能方向移动,同时使得介电函数的实数部分在低能区明显增大,虚数部分几乎全部区域增加且8 eV以后趋向于零。此外掺杂还增加了高能区的消光系数、吸收系数、反射系数以及光电导率,明显改善了Mn₄Si₇的光学性质。     

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。     

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