硝酸盐短波紫外非线性光学材料的探索合成、晶体生长和性能研究

Ultraviolet (UV) semiconductor solid-state lasers have important applications in lithography technology, laser spectroscopy, photoelectron spectroscopy, biophysics, laser medicine, etc. UV nonlinear optical (NLO) crystals are very important materials for solid state laser output in the UV region. Currently, only borate crystals with planar triangular BO3 units are able to be used for UV frequency conversion. Development of new family is desired because it is more and more difficult to discover new NLO borate crystals, and more demands are raising from application. In our previous studies on nitrates crystals, we found NLO nitrates crystals have good properties, such as large NLO coefficient, short UV cut-off, moderate birefringence, large laser damage threshold. Therefore, in order to develop new materials family, the relationship between structure and properties for nitrates and nitrites with planar triangular units will be studied. The new method of synthesis and growth of water-resistant nitrates will be developed. Large single crystals with good linear and nonlinear optical properties will be grown and the optical properties will be measured.

紫外全固态激光器在半导体光刻技术、激光光谱学、生物物理、光电子能谱、激光医学等方面有重要的应用，而紫外非线性光学晶体是实现全固态紫外激光输出的关键材料，目前短波紫外变频晶体主要依赖具有BO3平面三角形结构的硼酸盐晶体。由于实际应用对晶体综合性能提出了更高要求，而进一步发现新型硼酸盐非线性光学晶体难度在不断增大，开拓新材料体系显得尤为迫切。本项目组在前期探索中认识到非心结构的硝酸盐具有较大的非线性光学系数、合适的双折射率、高的紫外透过率、高的激光损伤阈值，完全符合紫外非线性光学晶体应用需求。因此，本项目以拓展材料体系为目标，通过深入研究同样具有平面三角构型阴离子基团的硝酸盐、亚硝酸盐体系中化合物的结构与性能关系，合成系列化合物，实现硝酸盐、亚硝酸盐化合物的结构设计和可控制备，发展该类化合物特别是抗水硝酸盐可控制备和晶体生长的新方法，筛选出具有优良综合性能的短波紫外倍频晶体。

随着激光科学与技术的不断发展,在频率转换方面,无机非线性光学晶体材料起着越来越重要的作用,特别是在短波紫外和深紫外光谱区域。设计合成具有大的非线性效应和宽的透过波段的新型无机非线性光学材料是当前的一个具有挑战性的课题。本项目组在前期探索的基础上对硝酸盐体系进行了系统的设计合成以及非线性光学性能研究。通过高温固态法，低温水热法，溶液挥发法，高温高压水热法合成了一系列新型短波紫外非线性光学晶体，同时将研究体系拓展到硝酸盐以及含孤对电子金属阳离子体系。通过各种性能测试，筛选出具有潜在应用价值的晶体Ba2(OH)NO3,进行大单晶初步生长。本项目实现了硝酸盐化合物的结构设计和可控制备，发展该类化合物特别是抗水硝酸盐可控制备和晶体生长的新方法，筛选出具有优良综合性能的短波紫外倍频晶体。项目实施期间，共发表SCI论文28篇，项目负责人获得国家自然基金优秀青年基金资助。