【儀表網 研發快訊】深紫外非線性光學晶體是實現全固態激光器深紫外倍頻輸出的關鍵光學元件，其綜合性能直接決定了深紫外激光輸出的光束質量和轉換效率。然而，由于透過范圍短、透過率水平低以及雙折射率小等問題，使得深紫外區的相位匹配(PM)無法得到滿足，阻礙了深紫外波段的頻率轉換。從光學角度出發，當雙折射率足以抵消折射率色散時，晶體可以產生有效的相位匹配，通常在接近截至邊的短波長區域由于雙折射率不足以補償折射率色散而發生相位失配。因此，適合于深紫外相位匹配的結構需要具有盡可能短的深紫外截止邊和盡可能小的色散，以驅動相位匹配波長到達深紫外區域。
中國科學院新疆理化技術研究所晶體材料研究中心長期從事硼酸鹽新型紫外、深紫外光電功能晶體的研究。該團隊從影響深紫外相位匹配的根本因素出發，基于優秀的[B3O6]型的經典化合物β-BaB2O4 (β-BBO)的結構，選擇[B3O6]基團作為基本的功能基團，采用異價取代策略，在保證短截至邊的前提下，用色散更小的稀土元素Sc和堿金屬元素Rb來替代較重元素Ba，同時引入最大電負性的F元素進一步縮短截至邊，成功獲得了一例深紫外的稀土硼酸鹽氟化物Rb2ScB3O6F2 (RSBF)。RSBF在結構上不僅繼承了β-BBO中[B3O6]基團的共面排列，同時由于氟化稀土多面體的引入使得[B3O6]基團排列更加整齊。該結構平衡了三個關鍵的非線性光學參數，即大的倍頻效應(1.4×KDP)，合適的雙折射率(0.088@1064 nm)和深紫外的相位匹配能力(λPM = 182 nm)，這使得RSBF有望成為下一代深紫外非線性光學晶體材料。
相關研究成果以通訊的形式發表在《德國應用化學》(Angew. Chem. Int. Ed. 2024,e202415066)上，新疆理化技術研究所為唯一通訊單位，晶體材料研究中心潘世烈和楊云研究員為通訊作者，博士研究生張倩珍為第一作者。該研究工作得到新疆維吾爾自治區、中國科學院和國家自然科學基金委員會等項目的資助。
RSBF的Ⅰ類最短相位匹配波長
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