氟硼酸铅紫外非线性光学晶体的制备及性能研究

Short-wavelength laser source applications are of great wide used in the fields of information, medical research, scientific, military and so on. Most short-wavelength laser outputs are independent on ultraviolet (UV) nonlinear optical (NLO) crystal materials. Previously, we have synthesized a new NLO crystal Pb3B6O11F2，which exhibits a large second harmonic generation (SHG) response about four times that of KH2PO4 (KDP). The as-grown crystal is transparent in the wavelength range from 240 nm to 3460 nm. Therefore it is a potential UV NLO material. Due to John-Teller distortion, Pb atom is composed to acentric lead polyhedral with O atoms results in a large SHG response. The introduction of fluoride could widen the transparency in the UV region. BO3 and BO4 units cause to wide bandgap and differential borates. Based on preliminary studies in the system of Pb-B-O-F, we expect that new phases introducing the lone pair ions Pb2+ and fluoride anion in borate will generate a whole new class of UV NLO materials. In addition, we will analyze various functional moieties on NLO effect contribution, reveal the relationship between crystal structure and NLO properties. The research will guide mixed lead borate fluoride material design and synthesis, promote practical and industrial development of micro-miniature solid state UV laser.

短波长激光光源在信息、医学、科研、军事等领域应用前景广泛。紫外非线性光学晶体材料是短波长激光输出的主要途径。 前期设计合成出一种氟硼酸铅非线性光学晶体,Pb3B6O11F2，其透光范围240nm-3460nm，倍频效应约为4KDP，是一种潜在的紫外非线性光学晶体材料。在此基础上，利用新疆特色矿产硼矿资源，本项目在Pb-B-O-F 体系中，将易发生姜-泰勒畸变而与氧形成不对称配位多面体的Pb 原子、对透过光范围具有调控作用的F 原子及带隙大、结构丰富的硼氧功能基团相结合，设计合成出新型的硼酸盐晶体。通过对该体系硼酸盐晶体的探索，研究不同阳离子和卤素对晶体结构和性能的调控机理；分析各功能基元对化合物性质的影响，揭示功能基元与光学性能间的内在联系。从而为功能晶体材料探索提供新的理论和实验基础。本项目的成功实施将丰富硼酸盐晶体材料，拓展晶体生长理论，为探索新型硼酸盐晶体材料提供新的思路和技术途径。

紫外非线性光学晶体作为重要的光电功能材料，对固态激光器输出不同频率激光具有特殊意义。随着非线性光学材料在光电子、通信及军事领域日益增加的应用需求，如何设计合成性能优异的新型紫外非线性光学材料成为当前研究热点。本项目以设计合成新型紫外非线性光学材料为目标，利用新疆特色矿产硼矿资源，将含有立体活性孤对电子而导致易发生二阶姜-泰勒畸变的Pb2+金属阳离子与硼氧功能基团进行结合，成功设计合成出2种硼酸盐新化合物，Pb3B6O11F2和PbBa2(B3O6)2。其中Pb3B6O11F2是非线性光学晶体，其透光范围为240nm-3460nm，倍频效应约为4KDP，是一种潜在的紫外非线性光学晶体材料。进一步探索PbO-PbF2-B2O3体系中的新型硼酸盐晶体，研究不同阳离子和卤素对晶体结构和性能的调控机理；分析各功能基元对化合物性质的影响，揭示功能基元与光学性能间的内在联系。从而为功能晶体材料探索提供新的理论和实验基础。本项目的成功实施将丰富硼酸盐晶体材料，拓展晶体生长理论，为探索新型硼酸盐晶体材料提供新的思路和技术途径。