《新型紅外非線性光學晶體BaGa4Se7的生長和性能研究》是依託中國科學院理化技術研究所，由姚吉勇擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：新型紅外非線性光學晶體BaGa4Se7的生長和性能研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：姚吉勇
- 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
性能優良的紅外非線性光學晶體將能極大地推動紅外雷射在軍事和民用領域的廣泛套用。 BaGa4Se7是由本項目第一申請人發現並且確定結構的一種新型紅外非線性光學晶體。該晶體能帶帶隙（2.64 eV）與AgGaS2相當， 粉末倍頻效應為AgGaS2的2-3倍，中紅外透過波段比AgGaS2更寬, 結構穩定，並且是同成分熔融，有望成為一種新型的綜合性能優良的紅外非線性光學晶體。 .本項目主要是探索BaGa4Se7晶體生長工藝條件，生長出可供光學性能測試的高光學質量BaGa4Se7單晶，測試新晶體基本的線性和非線性光學性能和其它物化性能，研究晶體結構與非線性光學性能的關係，評估新晶體的套用前景。.BaGa4Se7晶體屬我國首創，我們擁有該晶體的自主智慧財產權，在國際競爭中處於明顯優勢。對它的深入研究，將有利於提高我國在紅外非線性光學晶體研究方面的國際地位。
結題摘要
BaGa4Se7是項目申請人發現的一種新型紅外非線性光學晶體，屬單斜晶系，Pc空間群。其晶體結構中GaSe4四面體相互連線成三維網路，Ba2+ 離子位於網路空隙；晶體中微觀非線性光學效應基團GaSe4四面體的堆積密度大，而且排列一致，使之具有較大的非線性光學效應。在項目的資助下，我們掌握了高純BaGa4Se7多晶原料的合成方法和BaGa4Se7晶體的坩堝下降法生長工藝 （坩堝形狀、溫場、下降速度等）， 獲得了φ20 x 30 mm 的外形完整的質量較好的晶體，並詳細測試新晶體基本的線性和非線性光學性能和其它物化性能。包括：①測量了晶體線性光學性質如折射率和透過光譜，獲得了晶體折射率的色散方程。根據其折射率色散方程和透光範圍，BaGa4Se7可以實現1μm光源泵浦的OPO、OPA雷射輸出和對重要的紅外光源如CO2雷射器的直接倍頻，而且其在1-14μm範圍都具有較高的透過率，適用範圍覆蓋了“3-5μm”和“8-12μm”這兩個重要的大氣透明視窗。②用Maker條紋法測試出BaGa4Se7主要的二階非線性光學係數為d11=27 pm/V, d13=21 pm/V，證明其具有較大的非線性光學效應。 ③在測試條件為波長1064nm、脈寬5ns，頻率1Hz，光斑直徑0.4mm時，BaGa4Se7的雷射損傷閾值為557 MW/cm2， 約是同測試條件下AgGaS2的4倍。④測量了沿三個結晶學軸方向的熱膨脹係數和的熱擴散/熱傳導係數，表明其熱膨脹的各向異性比AgGaS2小很多，有利於晶體生長。 在測試這些基本物化性能後，我們已首次研製出採用30ps，1064 nm Nd:YAG雷射泵浦BaGa4Se7晶體的高效率、高峰值功率的中紅外光參量放大器。在1.8mJ的泵浦能量下，1064nm 泵浦光到3.9µm 閒頻光的光子轉換效率高達56%。當泵浦能量為9.1mJ時，峰值功率達27 MW。此外，還實現了3-5 µm的閒頻光的調諧輸出。這些結果表明BaGa4Se7可望成為一種可適用於中遠紅外雷射變頻的綜合性能優良的新一代非線性光學晶體材料。BaGa4Se7晶體屬我國首創，已經獲得專利授權，在國際競爭中處於明顯優勢。
