中科院新疆理化所类金刚石红外非线性光学材料研究获进展

光学工程 2018-12-18 10:43:35

  非线性光学材料在频率转换方面有着重要的应用。其中在中远红外波段,具有类金刚石结构的金属硫化物成为首选的变频材料,这是因为类金刚石材料具有本征的非中心对称结构,能够很好地满足非线性光学应用的必要条件。而且商业化的红外非线性光学材料主要为类金刚石材料,例如AgGaS2, AgGaSe2, ZnGeP2,但它们均存在一些性能缺陷:低的激光损伤阈值和严重的双光子吸收,阻碍了它们的实际应用。因此,在类金刚石材料中继续探索新的具有优异性能(抗损伤与大倍频并存)的红外非线性光学材料成为材料研究的重要方向。

  


  中国科学院新疆理化技术研究所新型光电功能材料实验室潘世烈研究团队近年来致力于新型红外非线性光学晶体材料的研发。通过前期的文献调研发现,通过调控四面体基元的链接方式,能够有效地设计新型的四元类金刚石材料作为潜在的红外非线性光学材料。然而,到目前为止,含汞的四元类金刚石材料发现的较少,但引入汞元素进入晶体结构有助于提高材料的非线性光学系数,很好地改善材料性能。基于此,该团队研究人员优选Li-Hg-Ge-S体系为研究对象,设计和合成了一种新的红外非线性光学材料Li4HgGe2S7。该材料结晶于非中心对称空间群:Cc,观察其结构发现具有蜂窝状的二维层状结构和共定点链接的(Ge2S7)6-二聚体。值得注意的是,该材料的结构中含有由LiS4四面体相互链接形成的10圆环,有别于前期发现的4圆环和6圆环结构,该10圆环结构为首次在四元类金刚石材料中发现。性能测试表明该材料具有很好的光学性能,包括高的激光损伤阈值和大的倍频能力,很好地满足材料性能之间的平衡,能够消除商业化材料的性能缺陷,可作为潜在的优异红外非线性光学材料。

  

  该研究结果作为“back cover”发表于《化学通讯》(Chemical Communications)。

  

  相关研究工作得到中科院“西部之光”项目、国家自然科学基金等项目资助。


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