硼酸鹽非線性光學晶體材料作為一類重要的光電功能材料，已在航天、能源、工業(yè)制造、醫(yī)學、科研等領域有廣泛應用。中國科學院新疆理化技術研究所光電功能材料團隊針對鹵素硼酸體系，通過調(diào)控結(jié)構，設計合成了一系列性能優(yōu)異的含鹵素堿金屬/堿土金屬硼酸鹽非線性光學晶體，如Ba4B11O20F（J. Am. Chem. Soc., 2013, 135, 4215.），Ba3B6O11F2（J. Mater. Chem.,2012, 22, 9665），K3B6O10Br（CrystEngComm, 2011, 13, 2899.）等。其中，K3B6O10Br晶體紫外截止邊約為230nm，具有類鈣鈦礦結(jié)構，粉末倍頻效應約為3KDP并能實現(xiàn)相位匹配。但是，由于該體系中含有高溫下易揮發(fā)的溴元素，較難利用高溫熔液法生長。

近期，該團隊科研人員通過調(diào)整合適的助熔劑比例，降低晶體生長溫度和粘度，在國際上首次采用高溫熔液法獲得了尺寸為22 mm×22 mm×10 mm的透明K3B6O10Br單晶，晶體生長成品率達到70%。同時，對晶體切割單晶器件，測試了其非線性光學系數(shù)，研究了其相位匹配性能。基于第一性原理計算，分析了其電子結(jié)構特征，分析了其結(jié)構性能關系。研究表明，K3B6O10Br能夠?qū)崿F(xiàn)Nd：YAG激光直接290nm倍頻輸出，通過和頻方式能夠?qū)崿F(xiàn)266nm激光輸出，在紫外非線性光學領域有潛在的應用前景。該研究成果不僅能為含易揮發(fā)元素單晶生長提供技術借鑒，也提供了新的非線性光學晶體參與國際競爭。

該研究成果已于近期發(fā)表在J. Phys. Chem. C上。相關研究工作得到中科院“西部之光”項目、國家自然科學基金、中國科學院“引進國外杰出人才”擇優(yōu)支持基金、中國科學院知識創(chuàng)新工程重要方向項目等項目資助。

KBOB晶體照片及非線性光學效應分析