具有高激光损伤阈值的新型中红外非线性光学晶体的探索

中红外波段非线性光学晶体材料在激光光谱、光通讯和高强度激光武器等方面有十分重要的应用，是重要的高技术材料。目前已有的拟用于红外波段的非线性光学晶体都存在着激光损伤阈值低的缺点，难以满足高强度激光应用的要求。研究高激光损伤阈值的新型红外波段非线性光学晶体材料是当前非线性光学材料领域的前沿和重大挑战之一。本项目重在创新，不在已有半导体材料的基础上改变元素组成或改进晶体生长方法，而提出从高能隙绝缘化合物（主要是卤化物、卤代酸盐、含氧酸盐）中探索新型中红外非线性光学材料的思路，以提高激光损伤阈值为主攻方向，兼顾高非线性光学性能、宽透光范围、高稳定性、良好晶体生长习性等综合性能，进行合理的分子和结构设计，进而研究这类新型材料的合成制备、结构鉴定、各种性能和晶体生长，探索出若干个综合性能优良的创新型中红外非线性光学晶体材料。

研究高激光损伤阈值的新型红外波段非线性光学晶体材料，是当前非线性光学材料领域的前沿和重大挑战之一，有重要的国家需求。本项目在国家自然科学基金重大研究计划的资助下，根据自己提出的从宽带隙化合物中探索新型中红外非线性光学材料的思路，着重从卤化物和卤代酸盐（其次从含氧酸盐）中探索具有高激光损伤阈值，兼有高非线性光学性能、宽透光范围、高稳定性、良好晶体生长习性等综合性能的新材料。由于非线性光学效应和激光损伤阈值是一对此消彼长的矛盾对立体，所以本项目首先系统探讨了卤化物材料的各种组成因素（包括四种不同的卤素离子、A位阳离子的存在与否、中心金属的选择、单一或者混合卤素离子等）对卤化物和卤代酸盐的综合性能的影响规律；另一方面，对卤代酸盐中阴离子基团的各种结构型式对综合性能的影响以及非线性光学效应的产生机制进行了理论模拟研究。在这些工作的基础上，进行合理的分子设计和结构选型、继而通过大量的合成制备与纯化、晶体结构鉴定、各种性能测试和晶体生长工作，探索出了一系列具有高激光损伤阈值、较强的二阶光学非线性效应、宽的中红外透光范围和高的热稳定性、具有大的应用前景的创新型红外非线性光学晶体材料，例如CsHgBr3, beta-HgBrCl, K2SbF2Cl3, Cs2HgCl2I2, Rb2CdBr2I2，A2BiI5O15 (A= K、Rb)等。