《新型硼酸鹽非線性光學晶體的設計、製備及性能研究》是依託中國科學院理化技術研究所，由張國春擔任項目負責人的重大研究計畫。
基本介紹
- 中文名：新型硼酸鹽非線性光學晶體的設計、製備及性能研究
- 項目類別：重大研究計畫
- 項目負責人：張國春
- 依託單位：中國科學院理化技術研究所
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目旨在借鑑結構理想的碳酸鹽，用(BO3)3－取代(CO3)2－，通過陽離子取代或置換，設計製備新型硼酸鹽非線性光學晶體。新硼酸鹽晶體繼承了碳酸鹽陰離子基團的結構特點，通過陽離子配位環境(配位數、配位多面體畸變程度)的變化及其與(BO3)3－陰離子基團的相互協同作用，實現(BO3)3－基團的結構最佳化，達到增強晶體巨觀非線性光學性能的目的。主要研究內容是設計製備新型硼酸鹽化合物；建立Na3Gd2(BO3)3等新晶體單晶生長工藝；表征晶體線性及非線性光學性能；揭示晶體結構、功能結構基元之間的相互協同作用與巨觀性能的依賴關係及規律；研究常溫、高溫下結構基元的結構差異、變化規律及其與結晶習性的關係；評估晶體性能及套用前景。本項目研究將開闢非線性光學材料研究的新途徑，開創新結構類型的硼酸鹽非線性光學晶體，對功能導向晶體材料分子設計和探索有重要啟示，對我國非線性光學晶體持續發展和進步，也有積極意義。
結題摘要
本項目重點以Ca2Na2(CO3)3 (碳酸鈉鈣礦, Shortite)為結構原型，用(BO3)3-取代(CO3)2-，通過陽離子取代或置換，設計製備新型硼酸鹽非線性光學晶體。發現了多種以(BO3)3-基團為基本結構基元的新型非線性光學晶體-Na3La2(BO3)3、Na3Gd2(BO3)3、Na3La9O3(BO3)8及Na3Y3(BO3)4，生長出較大尺寸的晶體，表征了它們的線性、非線性光學性質及其它基本物化性能。結果表明：Na3La2(BO3)3晶體具有較強的非線性光學效應，紫外截止邊210nm，當θ=77.0°, =212.1°時，Na3La2(BO3)3晶體1064的二倍頻有效非線性係數達到最大，deff=1.44 pm/V，大於LBO的有效非線性係數 (LBO: type -0.96 pm/V, type Ⅱ-0.99 pm/V), Na3La2(BO3)3 作為二倍頻晶體具有潛在的價值；Na3La9O3(BO3)8晶體具有優良的非線性光學性能，根據折射率溫度係數測定結果獲得的Sellmeier方程可計算出不同溫度下的相位匹配方向，與實驗結果吻合，Na3La9O3(BO3)8作為三倍頻晶體具有良好的套用前景；Na3Y3(BO3)4粉末倍頻效應強度為2～4倍KDP，紫外截止邊約為190 nm，並可實現相位匹配，也具有潛在的套用價值。對這些晶體結構與性能關係的研究表明，具有相同陰離子結構基元的晶體，由於陽離子及其配位環境的變化，陰離子基團的空間分布也將發生一定程度的改變，並影響其折射率、非線性係數等性能。發現了一種新型層狀結構硼酸鹽KBaY(B3O6)2，它與α-Ba2B2O4具有相似的結構，預期具有相當大的雙折射率，是一種潛在的雙折射晶體。還發現了多種新的硼酸鹽化合物 K3YB6O12、K6Li3Sc2B15O30、Ba3Y2B6O15及Na3Sc(BO3)2。此外，生長出較大尺寸的高質量BPO4晶體，研究了熱學性能，結果表明具有BPO4晶體具有大的熱導率，遠大於商用非線性光學晶體BBO、LBO及商用雷射晶體YAG、YVO4，具有進一步的研發價值。
