新疆理化所在[BF4]-四面体基团优化折射率色散研究中取得进展

非线性光学晶体是固态激光技术和光通讯与信号处理技术发展的关键材料。一个性能优异的紫外/深紫外非线性光学材料需满足苛刻且相互制约的性能需求，如短的紫外透过截止边、大的倍频效应，特别是拥有合适的双折射率（Δn: 0.05—0.1）以满足相位匹配条件。双折射率这一严苛条件将大多数非π共轭体系及双折射活性基团未一致排列的π-共轭体系排除在外，但大的双折射率并不是满足相位匹配的充分必要条件，折射率色散对相位匹配波长的调控也有着举足轻重的地位。

中国科学院新疆理化技术研究所光电功能团队通过提出引入氟化四面体优化折射率色散的设计策略，在金属氟化硼酸盐体系中合成第一例含[BF₄]^–四面体基团的非中心对称的氟化硼酸盐Na₄B₈O₉F₁₀。相比于β-BBO、LiB₃O₅(LBO)、CsB₃O₅(CBO)、K₃B₆O₁₀Cl (KBOC)等经典的非线性光学材料，Na₄B₈O₉F₁₀呈现更小的折射率色散，使其在拥有相对小的双折射率（0.036 @1064 nm）的情况下达到了较短的倍频相位匹配波长（240 nm）。团队进一步通过实验验证，该化合物可实现Nd: YAG激光器所输出的1064 nm的基频光下四倍频的谐波光输出，这也进一步印证了第一性原理计算最短相位匹配波长的可信性。对目标化合物进行实空间原子切割探究以硼为中心的各功能基团对色散的影响发现，π共轭的[BO₃]^3-基团是折射率色散的主要影响因素，而[BO₂F₂]^–尤其是具有大的HOMO-LUMO带隙的[BF₄]^–基团，有利于小的折射率色散。

综上所述，Na₄B₈O₉F₁₀具有优异的折射率色散，通过小的双折射率实现较短的倍频相位匹配波长，为探索具有小的折射率色散的优异材料提供了一种可行的策略。

相关成果发表在《德国应用化学》上。研究得到国家自然科学基金委、中科院及新疆维吾尔自治区等资助。

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Na₄B₈O₉F₁₀的晶体结构及在双折射率和最短倍频PM波长方面与几种经典材料的对比