基于氧-卤阴离子结构调控的中红外非线性光学晶体结构设计及性能研究
批准号:
22071179
项目类别:
面上项目
资助金额:
63.0 万元
负责人:
俞洪伟
依托单位:
学科分类:
无机合成
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
俞洪伟
中文摘要
非线性光学晶体是固体激光器获得中红外激光的核心基础材料,在军事和民用的许多领域拥有重要应用。目前商业化的硫、磷属晶体带隙小、激光损伤阈值低、不利于高功率激光产生。本项目拟以带隙大、激光损伤阈值高的金属氧化物和卤化物为研究对象,以“结构基元+取向控制”的结构设计模式将两者进行有序结合。一方面利用氧、卤阴离子配体的电负性差异,通过调节它们在配位多面体中的比例,增加结构基元的微观极化强度;另一方面根据氧、卤阴离子配位时亲核性的不同,调控微观结构基元的空间取向,设计合成出系列具有大倍频、高激光损伤阈值的中红外非线性光学新晶体;并通过其构效关系研究,揭示结构中氧、卤阴离子比例及基元取向对材料倍频效应、激光损伤阈值和红外透光特性等的影响规律和机理;并对综合性能优异的晶体开展厘米级单晶生长研究,加工晶体器件,评估应用前景。项目将能为中红外非线性光学晶体的高效设计提供新思路,丰富非线性光学晶体的材料体系。
英文摘要
Nonlinear optical (NLO) crystal is the key material for solid-state laser to obtain mid-IR laser, which has important applications in military and civil fields. At present, the commercialized chalcogenide and phosphide NLO crystals have small band gaps and low laser damage thresholds (LDTs), which are not conducive to their application for producing high-power mid-IR laser. In this project, metal oxides and halides with large band gaps and high LDTs will be studied. They will be combined orderly in the structural design mode of designing fundamental building units (FBUs) and controlling orientations. On the one hand, we will use the electronegativity difference of oxygen and halogen anion ligands to increase the micro polarization intensity of FBUs by adjusting their proportion in the coordinated polyhedra. On the other hand, we will also adjust the orientation of micro FBUs by using the different nucleophilicity of oxygen and halogen anions. By doing these, we will design and synthesize a series of mid-IR oxygen-halide NLO crystals with large second harmonic generation (SHG) and high LDTs. Through the study of structure-activity relationship, the influence mechanism of the proportion of O2- and F- anions and the orientation in the FBUs on SHG, LDTs and infrared transmission will be revealed. We will also grow the the crystal with excellent comprehensive performance and evaluate their application as mid-IR NLO crystals. The project will provide new ideas for the efficient design of mid-IR NLO crystals and enrich the material system of NLO crystals.
非线性光学晶体是固体激光器实现波长拓展的核心材料,目前商业化的硫、磷属红外晶体带隙小、激光损伤阈值低、不利于高功率激光产生。项目将易产生大带隙的氧化物和卤化物结合,以“功能基元+取向设计”的结构设计模式开展氧-卤化物新晶体的探索研究。研究中取得主要成果包括:1)揭示了氧-卤过渡金属碘酸盐中,不同类型碘酸盐氟化物和氟化碘酸盐的合成规律和机理:氧-氟过渡金属碘酸盐结构含有氧-氟过渡金属八面体和含孤独电子的碘酸根离子,两者的协同可使材料产生较大的倍频效应,但目前对于如何有效控制碘酸盐氟化物(F-离子仅存在于过渡金属氧-氟八面体中)和氟化碘酸盐(F-离子同时存在于过渡金属氧-氟八面体和碘酸盐基团中,该类型材料可产生更大的带隙)的形成,仍无可靠策略参考,在本项目中,我们通过10余种氧-氟碘酸盐新晶体的合成,并分析了它们的结构规律,总结出了可用于不同类型氧-氟碘酸盐结构设计的指导策略,促进了该类化合物的高效设计。2)发展了基于“氧-卤阴离子”结构导向的非线性光学晶体合成方法:非线性光学晶体的前提是材料结晶于非中心对称结构,而对于绝大多数材料,由于功能基元更易反向排列从而形成中心对称结构。本项目研究中,我们提出通过使用过渡金属氧-氟配位体中氧、氟离子的不同电负性和亲核性,实现功能基元的取向控制,设计合成出包括:Cs2YB3O6F2、Ba2[MoO3F(IO3)](MoO3F2)、Cs2VOF4(IO2F2)、Cs2Cd2NaCl3(MoO4)2等综合性能优良的非线性光学新晶体,为新型氧-卤属化合物的高效合成提供了新策略;3)生长了包括Cs2YB3O6F2、Cs2Cd2NaCl3(MoO4)2和K2ZnMoP2O10等化合物厘米尺寸单晶,性能研究显示它们具有大的倍频效应、宽的透光范围,是潜在的紫外和中波红外非线性晶体。项目共发表SCI论文23篇,申请发明专利5件,培养博士、硕士研究生7人。
基于氧-卤阴离子结构调控的中红外非线性光学晶体结构设计及性能研究
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批准号:--
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项目类别:--
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资助金额:63万元
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批准年份:2020
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负责人:俞洪伟
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依托单位:
紫外硼酸-磷酸盐非线性光学晶体Ba3(ZnB5O10)PO4生长及355nm激光输出器件研究
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批准号:51802217
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:26.0万元
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批准年份:2018
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负责人:俞洪伟
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依托单位:
国内基金
海外基金