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科學(xué)家在氟化硼酸鹽深紫外非線性光學(xué)晶體研究方面取得進展
作者：趙宇彤  來源：中國科學(xué)報
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近日，中國科學(xué)院新疆理化技術(shù)研究所研究員潘世烈團隊提出氟化多面體與平面B-O基團協(xié)同組裝的結(jié)構(gòu)設(shè)計策略，利用氟化多面體的“剪切”效應(yīng)和定向聚合能力，實現(xiàn)π共軛功能單元的一致排列，成功合成系列堿金屬氟化硼酸鹽KABF、RABF和CABF。相關(guān)研究發(fā)表于《先進功能材料》。
深紫外（DUV，λ<200nm）全固態(tài)激光器作為現(xiàn)代科學(xué)研究與工業(yè)生產(chǎn)的關(guān)鍵工具，在材料分析、光刻等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。其商業(yè)化應(yīng)用高度依賴性能優(yōu)異的非線性光學(xué)（NLO）晶體，但這類晶體的研發(fā)受限于嚴苛的應(yīng)用條件，需同時具備大倍頻響應(yīng)、合適雙折射和寬禁帶等平衡光學(xué)特性。
長期以來，硼酸鹽因優(yōu)異的深紫外透射性能成為研究熱點，雖已開發(fā)出β-BBO、LBO等材料，但多數(shù)無法通過直接倍頻實現(xiàn)深紫外相位匹配。氟化硼酸鹽體系憑借結(jié)構(gòu)多樣性和優(yōu)異性能脫穎而出，然而現(xiàn)有材料如KBBF存在層狀生長習(xí)性和原料毒性等缺陷，且含鏈狀聚合[BO3]3-基團的深紫外非線性光學(xué)晶體極為稀缺，如何通過結(jié)構(gòu)設(shè)計實現(xiàn)功能單元的有序排列，成為突破深紫外非線性光學(xué)材料性能瓶頸的關(guān)鍵問題。
本項研究通過氟化多面體調(diào)控平面B-O單元取向，構(gòu)建出含1∞[BO2]鏈的新型結(jié)構(gòu)，其中[BO3F]4-四面體與鏈狀聚合[BO3]3-單元協(xié)同組裝，形成平行排列的2∞[B4O6F]層狀結(jié)構(gòu)。材料表現(xiàn)出卓越性能：倍頻響應(yīng)達1.6-1.7×KDP（1064nm）和0.4-0.5×BBO（532nm），最短I類相位匹配波長低至161.5-168.6nm，紫外截止邊<190nm。該策略突破了鏈狀聚合[BO3]3-單元構(gòu)建與非中心對稱結(jié)構(gòu)組裝的控制難題，通過陽離子調(diào)控實現(xiàn)結(jié)構(gòu)柔性適配，展現(xiàn)出氟化硼酸鹽體系的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與多樣性。
這項研究不僅為深紫外非線性光學(xué)晶體提供了高性能候選材料，更確立了氟化多面體與聚合BO3單元協(xié)同作用的設(shè)計范式，為下一代無鈹、低毒性深紫外非線性光學(xué)材料的研發(fā)開辟了新路徑，推動相關(guān)激光技術(shù)向更高精度、更廣泛應(yīng)用場景發(fā)展。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1002/adfm.202531049
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