中国迷信院福建物资妄想钻研所发现新型深紫外激光功能晶体 – 质料牛

非线性光学晶体在光刻、中国资妄通讯、迷信微加工、院福研激光展现等激光科技规模具备紧张运用。建物相位立室黑白线性光学晶体实现高效转换的想钻新型需要条件，传统的发现非线性光学晶体个别基于双折射道理实现相位立室。可是深紫在波长小于200纳米的深紫外波段，大批非线性光学晶体由于过小的外激双折射率而难以实现双折射相位立室。准相位立室技术经由在晶体中构建非线性系数周期反转的光功妄想，使能量不断由基频光流向倍频光，体质从而实现倍频光的料牛高效输入。与双折射相位立室比照，中国资妄该技术具备不依赖质料双折射率、迷信立室波段宽、院福研可能运用质料的建物最大非线性系数等短处。可是，当初适用于深紫外波段准相位立室输入的非线性光学晶体依然颇为浓密。

近期，中国迷信院福建物资妄想钻研所赵三根钻研员&罗军华钻研员等在水溶液中乐成妨碍了英寸级透明LiNH₄SO₄单晶，并运用电滞回线以及变温非线性光学测试等证实LiNH₄SO₄晶体具备铁电性。经由施加单向极化电压，乐成取患了LiNH₄SO₄的单畴化样品。LiNH₄SO₄晶体的透光规模可到极短的171 纳米，具备适中的二阶非线性光学系数（0.33 pm/V）,且可接受最高达1.47 GW/cm^-2的激光映射而不破损。经由最小倾向角法精确测定了LiNH₄SO₄的波长依赖折射率并拟合了其色散方程，服从表明LiNH₄SO₄具备极低的折射率色散，使患上该晶体在倍频光波长177.3 纳米处的一阶准相位立室周期达1.4 微米。以上服从剖析了LiNH₄SO₄是深紫外激光变频的有力候选质料。第一性道理合计的服从表明LiNH₄SO₄的非线性光学照应以及宽透光规模主要源自于SO₄^2-周围体基元的贡献，而其较低的折射率色散则次若是由于LiNH₄SO₄晶体中Li⁺、NH₄⁺阳离子以及SO₄^2-基元电子的的高度局域性。这一发现为睁开深紫外准相位立室非线性光学晶体提供了一条实用道路。

中国迷信院大学博士钻研生宋一鹏为论文的第一作者，福建物构所李丙轩副钻研员为论文的配合通讯作者。

图1 (a) 双折射相位立室以及准相位立室比力展现图；(b) LiNH₄SO₄晶体铁电相；(c) 顺电相晶体妄想展现图

图2 (a) [011]倾向 (b) [001]倾向籽晶妨碍的LiNH₄SO₄晶体；(c) LiNH₄SO₄晶体变温非线性光学测试；(d) 变温非线性光学循环测试；(e) LiNH₄SO₄晶体413K下P-E以及J-E曲线；(g) LiNH₄SO₄晶体180°铁电畴图像；(h) 单畴化的LiNH₄SO₄晶体

图3 (a) LiNH₄SO₄晶体深紫外透过光谱；(b) LiNH₄SO₄晶体Maker条纹；(c) LiNH₄SO₄晶体被纳秒激光伤害(d)前(e)后的光学显微图像；用于LiNH₄SO₄折射率的三角棱镜(e) (100)倾向通光；(f) (001)倾向通光；(g) LiNH₄SO₄晶体折射率色散方程；(h) LiNH₄SO₄晶体532 nm处光率体

图4 LiNH₄SO₄晶体以及频以及差频历程的一阶准相位立室周期

图5 LiNH₄SO₄的电子能带妄想；(b) LiNH₄SO₄的态密度/部份态密度图；(c) LiNH₄SO₄的HOMO；(d) LiNH₄SO₄的LUMO

论文信息

A Ferroelectric Nonlinear Optical Crystal for Deep-UV Quasi-Phase-Matching

Yipeng Song, Hongwei Yu, Bingxuan Li*, Xiaoqi Li, Yang Zhou, Yanqiang Li, Chao He, Ge Zhang, Junhua Luo, and Sangen Zhao

DOI: 10.1002/adfm.202310407

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