長波紅外非線性光學材料研究獲進展

紅外非線性光學晶體作為激光頻率轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵器件，在全固態(tài)激光器中具有重要的應(yīng)用。當前商用的紅外非線性光學晶體主要包括黃銅礦型化合物如AgGaS₂， AgGaSe₂和ZnGeP₂ 等。然而，由于各自本征的性能缺陷，這些材料已不能完全滿足當前長波紅外激光技術(shù)發(fā)展的需求，亟需突破現(xiàn)有材料性能的限制，發(fā)展高性能新型長波紅外非線性光學材料。

近期，中國科學院新疆理化技術(shù)研究所的科研人員通過系統(tǒng)分析現(xiàn)有紅外非線性光學材料的性能來源，提出協(xié)同組裝優(yōu)勢基元構(gòu)建新型紅外非線性光學材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計思路，并以A^ⅡB^ⅡC^ⅣQ^Ⅵ₄家族為模板，實現(xiàn)了該家族硒化物帶隙及二階非線性光學效應(yīng)的有效調(diào)控，獲得了兩例長波紅外非線性光學材料SrCdSiSe₄和BaCdSiSe₄。

這兩例化合物具有強的二階非線性光學響應(yīng)，是AgGaS₂的2.1至2.7倍，且材料的帶隙為2.67至2.78 eV，屬于寬帶隙半導體，激光損傷閾值達到商用AgGaS₂材料的4倍，有望用于高效、高功率長波紅外激光的輸出。值得一提的是，SrCdSiSe₄為一同成分熔融化合物，具有較好的晶體生長習性，有利于實用化大尺寸單晶的生長。同時，實驗及計算的結(jié)果表明，SrCdSiSe₄和BaCdSiSe₄化合物中優(yōu)異的綜合性能主要歸因于[A^IISe₈]、[CdSe₄] 和 [SiSe₄]優(yōu)勢基元的協(xié)同組裝。

相關(guān)研究成果發(fā)表在《先進功能材料》（Advanced Functional Materials）上。研究工作得到中國科學院戰(zhàn)略性先導科技專項、國家自然科學基金及新疆維吾爾自治區(qū)自然科學基金等的支持。