新疆理化所等在利用极性链和高密度活性基元诱导强的二阶非线性光学效应研究方面获进展

短波紫外非线性光学晶体是重要的光电功能材料，在激光频率变换、信息通讯、光信号处理、前言科学装备等领域具有广泛而重要的应用。二阶非线性光学效应是非线性光学晶体材料的关键性能，决定激光转换效率和功率。探索和制备具有较强二阶非线性光学效应的短波长非线性光学晶体材料是该领域的研究热点与难点。

对于短波紫外非线性光学晶体而言，实现二阶非线性光学效应增益的关键在于功能基元及其在晶格中的排列。研究表明，引入具有二阶Jahn-Teller效应、孤对电子构型或d¹⁰电子构型的金属阳离子，可实现二阶非线性光学效应的显著增益，但它们通常会造成带隙减小。在保证非线性光学晶体在使役波段具有高的透过率的前提下，设计具有较强二阶非线性光学效应的晶体是重要研究课题，即实现宽带隙和强二阶非线性光学效应的平衡。

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致力于硼酸盐新型紫外、深紫外非线性光学晶体的研究。近日，该团队获得一例硼酸盐新化合物CaZn(BO₃)₂（CZBO），该化合物具有类SBBO结构，即[BO₃]基元在[ZnO₄]多面体的连接下形成[Zn₂(BO₃)₂]双层结构。该晶体结晶于非中心对称的空间群（Aba2），紫外截止边低于190 nm，倍频效应为KDP晶体的3.8倍，具有大的双折射率，使其I类最短相位匹配波长短于266 nm，因此CZBO晶体是一种潜在的可用于266 nm激光输出的非线性光学晶体。科研团队基于阴离子基团理论和第一性原理等计算，阐明CZBO晶体较强的二阶非线性光学效应主要来源于具有较大偶极矩的[Zn₂O₆]极性链和具有高活性密度的[BO₃]基元。CZBO晶体的发现不仅拓展了具有类SBBO构型的硼酸盐结构化学，而且为实现强的二阶非线性光学效应提供了新途径，即引入极性链和增加非线性活性基元密度。

相关研究成果以Highly important paper形式，发表在《德国应用化学》上。研究工作得到科技部、国家自然科学基金和中科院等的支持。新疆理化所为第一完成单位，美国西北大学科研人员参与研究。

论文链接

CZBO与SBBO结构对比图