锌硼酸盐紫外非线性光学晶体研究获进展

来源：中科院之声

紫外（200 nm＜λ＜400 nm）非线性光学晶体是全固态激光器输出紫外激光的关键元件，近几十年被国内外科研机构广泛研究。目前，266 nm（Nd: YAG四倍频）紫外激光输出主要由β-BaB2O4（β-BBO）和CsLiB6O10（CLBO）两种晶体实现。然而，β-BBO晶体过大的双折射率及CLBO晶体的潮解性，导致这两种晶体仍无法满足该波段激光输出的需求。因此，探索新型四倍频紫外非线性光学晶体是十分必要且迫切的。
KBe2BO3F2（KBBF）晶体能够实现Nd：YAG的直接六倍频深紫外激光（λ=177.3 nm）输出，其优异光学性能得益于它结构中[Be2BO3F2]∞层的平行排列。然而，阴离子基团的层状平行排列，也导致了KBBF晶体具有层状生长习性而无法生长较厚的晶体。此外，KBBF晶体原料含有剧毒BeO也为晶体生长带来了极大挑战。中国科学院新疆理化技术研究所潘世烈团队以KBBF晶体为原型，成功获得了一种无毒、无层状习性的紫外非线性光学晶体Zn2BO3(OH)，该晶体在结构上保留了对性能有益的KBBF层状结构，并用Zn替换KBBF晶体中的Be使该材料无毒性。同时，消除了KBBF晶体中导致层状生长习性的层间离子，从而使晶体生长习性显著改善。Zn2BO3(OH)晶体性能优异，具有大倍频效应（KH2PO4的1.5倍）、宽透过范围（紫外截止边204 nm）、合适的双折射率（可见光区约为0.067），计算相位匹配波长为248 nm，是具有潜力的紫外非线性光学材料

相关研究成果发表在《先进科学》（Adv. Sci., DOI: 10. 1002/advs.201901679）上，进一步研究评估工作正在进行中。
该研究获得科技部、国家基金委和中科院的大力支持。

Zn2BO3(OH)的结构演变：从KBBF到C2-Be2BO3F(C2-BBF)再到Zn2BO3(OH)，保留优势层状结构的同时，实现层间作用力增强与无毒化的进步。