新疆理化所硼酸盐卤化物非线性光学晶体研究获进展
半导体激光器泵浦的固态激光器(LDPSSL)顾名思义是以 LD 或者 LD 阵列(Laser Diode Array，简写 LDA)作为泵浦源，以固体激光材料作为增益介质的激光产生装置。这种激光器核心部件没有液体(如染料、水等)或者气体(如一些惰性气体)，常被称为全固态(或全固体)激光器(All Solid State Laser)。全固态激光器(DPL)具有体积小、重量轻、效率高、性能稳定、可靠性好、寿命长、光束质量高等优点，市场需求十分巨大。
短波紫外非线性光学晶体作为调谐激光频率的重要器件，在全固态激光器中颇具应用价值。非线性光学晶体是一种功能材料，其中的倍频(或称“变频”)晶体可用来对激光波长进行变频，从而扩展激光器的可调谐范围。
由π和/或非π共轭硼氧阴离子组成的硼酸盐，具有丰富的结构化学和性质可调性，已成为探索新型短波紫外非线性光学晶体的优选体系。硼酸盐结构中常见的结构类型是零维阴离子框架。其中，π共轭的B-O簇是研究热点。[B3O6]簇相较于[BO3]基元，具有更大的超极化率和极化率各向异性，是实现大倍频和适中双折射率的优秀功能“基因”。统计表明，在所有仅含孤立[B3O6]簇的硼酸盐中，90%以上的最大二面角为零。其中，[B3O6]基元是严格平行排列的。其余均为面排列，最大二面角均小于13°，这意味着在系列硼酸盐中，[B3O6]团簇内部和团簇之间的结构特征被固定为平面或面构型。然而，对于短波紫外非线性光学晶体，理想的双折射率标准是“适中”，以避免非相位匹配(过小)和走离效应(过大)。
几日，中国科学院新疆理化技术研究所晶体材料研究中心研究团队通过阳离子和卤素阴离子的协同调控作用，合成系列硼酸盐卤化物非线性光学晶体Ca2B3O6X(X = Cl，Br)。Ca2B3O6X(X = Cl，Br)具有平衡的光学性能，如大的倍频效应(1.5-2×KDP)、适中的双折射率(0.056-0.060@1064 nm)和较小的走离角(2.07°)。此外，该系列晶体中扭曲的1[XCa2]∞链的约束效应压缩了[B3O6]基元空间，诱导[B3O6]簇的非平面排列，其最大二面角高达约76°。科研人员通过建立模型，研究该系列[B3O6]簇间的大二面角来源，并探究了体系中[B3O6]的排列与基元相互作用之间的内在关联，确定了Ca阳离子的s轨道与[B3O6]簇上末端O原子的2p轨道之间的轨道杂化是其主要来源。
相关研究成果Breaking the Inherent Interarrangement of [B3O6] Clusters for Nonlinear Optics with Orbital Hybridization Enhancement于近日发表在《美国化学会志》(JACS)上。
参考来源： 新疆理化技术研究所
