非线性光学晶体材料是重要的光电信息功能材料，在信息、能源、工业制造、医学、科研等领域具有广泛的应用前景。随着激光精密机械加工业、激光化学、紫外激光光谱学和激光医学等学科的快速发展，全固态深紫外相干光源需求也愈加迫切，而其中关键突破点在于紫外和深紫外波段的非线性光学晶体的研制和应用。长时间以来，设计、合成性能优异的新型紫外非线性光学晶体材料一直是新型功能材料领域的研究热点，实现定向的设计、合成非线性光学材料则是其中难点之一。

 

中国科学院新疆理化技术研究所特殊环境功能材料与器件重点实验室潘世烈研究团队近年来致力于新型紫外、深紫外非线性光学晶体的研究。近日，该团队选取经典的紫外非线性晶体β-BaB₂O₄为模板，通过“化学共替代”设计策略，用有利于紫外区域透过的碱金属（K），碱土金属(Ca，Sr，Ba)和稀土金属(Lu，Y，Gd)共同去替代β-BaB₂O₄结构中的Ba原子，首次设计并合成出12种具有非中心对称的复合金属硼酸盐。研究者通过实验和理论计算，对其中的3种钇基衍生物进行了全面物理化学性能的表征。研究结果显示，K₇M^IIY₂(B₅O₁₀)3 (M^II= Ca，Sr，Ba)的倍频效应为0.9-1.2倍KDP，紫外截止边均低于190nm。与此同时，该系列化合物能够实现1064nm下相位匹配，晶体易于生长，有望作为新型紫外非线性光学晶体材料。在以往研究中，该团队还提出了将(BO₃F)^4-功能基团引入硼酸盐框架的设计策略，成功设计、合成出一系列具有潜力的含氟硼酸盐深紫外非线性光学晶体Li₂B₆O₉F₂ (Angew. Chem. Int. Ed. 2017，56，3916)、NH₄B₄O₆F (J. Am. Chem. Soc. 2017，139，10645)和CsB₄O₆F (Angew. Chem. Int. Ed. 2017，56，14119)，综合性能优异，有望成为深紫外非线性光学晶体。 

 

相关研究成果发表在《美国化学学会会刊》上。该研究得到了国家自然科学基金委、科技部、中科院等的资助。（来源：中国科学院新疆理化技术研究所）

 

 

 

“化学共替代”设计策略