中科院新疆理化所寬帶隙缺陷類(lèi)金剛石結(jié)構(gòu)紅外非線(xiàn)性光學(xué)材料研究獲進(jìn)展
紅外非線(xiàn)性光學(xué)晶體作為激光頻率轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵器件，在全固態(tài)激光器中應(yīng)用廣泛。當(dāng)前，商用的中遠(yuǎn)紅外非線(xiàn)性光學(xué)晶體主要包括類(lèi)金剛石結(jié)構(gòu)的AgGaS2、AgGaSe2、ZnGeP2等化合物。然而，由于各自本征的性能缺陷，如低的激光損傷閾值及低帶隙引起的雙光子吸收等，這些材料已不能完全滿(mǎn)足當(dāng)前紅外激光技術(shù)發(fā)展的需求。亟需開(kāi)發(fā)性能優(yōu)異的新型中遠(yuǎn)紅外非線(xiàn)性光學(xué)材料。 o2M4?}TpIV
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中國(guó)科學(xué)院新疆理化技術(shù)研究所光電功能材料實(shí)驗(yàn)室優(yōu)選四面體結(jié)構(gòu)基元，基于模板設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)與實(shí)驗(yàn)合成三者相結(jié)合的技術(shù)路線(xiàn)，設(shè)計(jì)合成出首例含堿土金屬的缺陷類(lèi)金剛石結(jié)構(gòu)硒化物紅外非線(xiàn)性光學(xué)材料MgGa2Se4（MGSe-I）。光學(xué)性能測(cè)試結(jié)果表明，MgGa2Se4具有寬的硒化物帶隙2.96 eV，高的激光損傷閾值（~3 ×AgGaS2）。同時(shí)，MgGa2Se4表現(xiàn)出較好的倍頻效應(yīng)，約為0.9 ×AgGaS2，并能實(shí)現(xiàn)Ⅰ型相位匹配。理論計(jì)算的結(jié)果表明，堿土金屬四面體基團(tuán)的引入，增大了硒化物缺陷類(lèi)金剛石結(jié)構(gòu)的帶隙，為后續(xù)設(shè)計(jì)大帶隙的缺陷類(lèi)金剛石結(jié)構(gòu)材料提供了借鑒。 ^J Y]w^u
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圖1.（a）基于四面體基團(tuán)及模板設(shè)計(jì)的晶體結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)，（b）計(jì)算的MGSe-I相的聲子譜。 1 ojy _
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圖2. MGSe-I相的晶體結(jié)構(gòu) csay\Q{
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圖3. MGSe-I相的光學(xué)性能。（a）MGSe-I和AgGaS2在2.09 μm激光下不同顆粒度的倍頻效應(yīng)，（b）光學(xué)帶隙，（c）光學(xué)透過(guò)，（d）帶隙性能對(duì)比。 c*#*8R9.y
該成果將激勵(lì)科研人員基于模板設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)與實(shí)驗(yàn)合成相結(jié)合的思路，探索更多性能優(yōu)異的缺陷類(lèi)金剛石結(jié)構(gòu)紅外非線(xiàn)性光學(xué)材料。相關(guān)研究成果發(fā)表在Advanced Science上。研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金、新疆維吾爾自治區(qū)自然科學(xué)基金等的支持。 KnuQ 5\y
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論文鏈接：https://doi.org/10.1002/advs.202106120
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