[00115212]新型电光晶体材料的研究(百人计划)

光电功能晶体包括非线性光学晶体、电光晶体、压电晶体、激光晶体、闪烁晶体等,进入21世纪以来,光电功能晶体材料作为微电子、光电子、通信、航天及现代军事技术等高科技领域中的关键材料受到世界各国的重视。光电功能晶体的发展,正向扩展波段、高功率、短脉冲、复合化和小型化等方向发展,要求材料在恶劣和复杂的环境下长时期服役,对功能晶体提出了更高的要求。通过项目的实施在光电功能材料的设计合成、晶体生长及性能评估方面取得的成果如下： （1）蓝绿波段倍频晶体钠钒硼氧Na3VO2B6O11的生长及性质研究。首次利用顶部籽晶法生长了大尺寸蓝绿激光倍频晶体材料硼酸钠钒（NVBO）,尺寸达到29 mm × 15 mm × 8 mm。其透光范围涵盖370～3000nm波段。倍频效应测试表明该化合物能够实现相位匹配,倍频效应与KDP相当。晶体结构-性能关系研究表明,NVBO晶体结构中存在能产生较大倍频效应的BO3基团,同时具有d0电子组态的V5+离子与氧原子形成的多面体处在非对称环境中易产生极化,有利于提高非线性光学效应。该晶体能实现I类相位匹配,NVBO晶体主平面内的理论倍频匹配曲线可相位匹配到427nm。用最小二乘法拟合出NVBO晶体的折射率色散方程。NVBO晶体莫氏硬度为5.5Mohs,晶体机械性能好,易于切割加工,物化性能稳定,不潮解,溶于稀盐酸或稀硝酸中。综合以上性能,NVBO该晶体可望在蓝绿光激光倍频领域得到应用。该成果作为重要组成部分荣获新疆维吾尔自治区2010年度科技进步一等奖（新型硼酸盐非线性光学晶体材料的研究,2010年）。 （2）紫外倍频晶体溴硼酸钾K3B6O10Br的生长及性质研究 在紫外非线性光学晶体材料探索方面,将硼氧基团与碱金属,卤素进行复合,成功获得了一种新型紫外激光倍频晶体材料溴硼酸钾,在国际上首次利用高温溶液法生长了大尺寸单晶。溴硼酸钾晶体有较宽的透光范围,为210～3500 nm。最小偏向角法测试溴硼酸钾晶体深紫外到紫外波段的折射率,确定了溴硼酸晶体的折射率色散方程。在可见光范围的双折射率为0.046～0.050之间,计算晶体能够实现Nd：YAG激光290 nm波长的直接倍频输出,同时利用和频能够实现266 nm的激光输出。倍频系数为：d22（KBOB） = 0.83 pm/V = 2.12 d36（KDP）,d33（KBOB） = 0.51 pm/V = 1.32 d36（KDP）;对应的相干长度为l22（KBOB） = 22.2 μm, l33（KBOB） = 19.0 μm。其非线性光学效应主要归因于BO3基元和以钾为中心的溴钾多面体的钙钛矿结构的协同作用。该类晶体的成功研制,强有力的证实了将硼氧基团与碱金属离子和卤素复合获得新型非线性光学晶体材料思路的可行性,为设计新型的紫外非线性光学晶体材料提供了新途径。,该成果作为重要组成部分荣获新疆维吾尔自治区2012年度科技进步一等奖（新型卤素硼酸盐K3B6O10Cl紫外非线性光学晶体材料研究,2012年）。