新疆理化所在混合阴离子短波长非线性光学晶体研究方面取得进展

波长在266 nm以下的短波长激光由于光子能量高和光束质量好等特点，在激光微加工、激光光刻、以及高端科研装备等领域有重要的应用价值。目前，能够实际应用于全固态激光器领域中的深紫外非线性光学晶体只有中国牌晶体KBe2BO3F2 (KBBF)。大量研究发现，该晶体的优异性能主要来源于结构中特殊的[Be2BO3F2]∞层，在该层中，非线性光学活性基团[BO3]采用排列一致的方式形成效应叠加，同时[BO3]基团的端氧被[BeO3F]基团所消除，从而使得KBBF晶体具有大的倍频响应、深紫外透过截止边、以及适中的双折射率以满足深紫外区的相位匹配。随着深紫外激光技术的应用发展，探索更多的综合性能优异的深紫外非线性光学晶体已成为国内外的研究热点。

近期，新疆理化所晶体材料研究中心的科研人员通过化学合成制备得到了系列碱金属硼硫酸盐晶体M2B4SO10 (M = K, Rb, Cs) 和一种碱金属氟化硼磷酸盐Rb3B11PO19F3。结构解析表明，前者的结构中 [BO3], [BO4] 和 [SO4] 基团形成了[B4SO10]∞层，后者结构中[BO3], [BO4], [BO3F]和 [PO4] 基团形成了[B11PO19F3]∞层，它们均显示出了类KBBF的构型。这些晶体都具有较大的SHG响应(在1064 和532 nm基频波下的粉末倍频效应分别是0.9 - 1.7×KDP 和0.1 - 0.3×β-BBO)，并且理论计算表明其具有合适的双折射率，能满足266 nm相位匹配，其中Rb3B11PO19F3能满足深紫外波段180 nm的相位匹配。该研究表明了以KBBF为结构模板在混合阴离子硼硫酸盐和氟化硼磷酸盐体系探索紫外、深紫外非线性光学材料的可行性。

该成果以全文Research Article形式发表在ACS Central Science（ACS Cent. Sci. 2022, 8, 11, 1557–1564），新疆理化所为唯一完成单位，张方方研究员和潘世烈研究员为通讯作者，李子健博士为第一作者。该研究工作得到了国家基金委和中科院等项目的资助。