Нелинейно-оптические кристаллы имеют важное применение в таких областях лазерной науки и техники, как литография, связь, микрообработка и лазерный дисплей. Фазовый синхронизм является необходимым условием для реализации эффективного преобразования в нелинейных оптических кристаллах, а традиционные нелинейно-оптические кристаллы обычно основаны на принципе двойного лучепреломления для реализации фазового синхронизма. Однако в глубоком ультрафиолетовом (УФ) диапазоне, где длина волны составляет менее 200 нм, в большом количестве нелинейно-оптических кристаллов трудно реализовать двулучепреломляющий синхронизм из-за их небольшого двойного лучепреломления. Метод квазисинхронизма реализует эффективный выход октавного света путем создания структуры, в которой нелинейные коэффициенты периодически меняются местами в кристалле, так что энергия непрерывно перетекает от света основной частоты к октавному свету. По сравнению с двулучепреломляющим фазовым синхронизмом этот метод имеет преимущества, заключающиеся в том, что он не полагается на двойное лучепреломление материала, согласовывает широкую полосу длин волн и может использовать максимальный коэффициент нелинейности материала. Однако нелинейно-оптические кристаллы, пригодные для квазисинхронного вывода в глубоком ультрафиолетовом диапазоне, все еще очень редки.
Недавно исследователи Чжао Санген и Ло Цзюньхуа из Фуцзяньского института материалов и структур Китайской академии наук (FIMSTEC) успешно вырастили прозрачные монокристаллы LiNH4SO4 дюймового размера в водном растворе и подтвердили сегнетоэлектричество кристаллов LiNH4SO4 с помощью петли электрического гистерезиса и переменной температуры. нелинейно-оптический контроль и др. Кристаллы LiNH4SO4 характеризуются высокой степенью сегнетоэлектричества и высокой степенью нелинейности. Однодоменные образцы LiNH4SO4 были успешно получены путем приложения напряжения однонаправленной поляризации, а кристаллы LiNH4SO4 имеют длину волны пропускания всего 171 нм, умеренные нелинейные оптические коэффициенты второго порядка (0,33 пм/В), и выдерживает без повреждений лазерное излучение мощностью до 1,47 ГВт/см-2. Зависящий от длины волны показатель преломления LiNH4SO4 был точно определен, а дисперсионное уравнение LiNH4SO4 было аппроксимировано методом минимального угла отклонения. Результаты показывают, что LiNH4SO4 имеет очень низкую дисперсию показателя преломления, что приводит к квази- период синхронизма кристалла 1,4 мкм при удвоенной длине волны света 177,3 нм. Приведенные выше результаты показывают, что LiNH4SO4 является сильным кандидатом для преобразования частоты лазера в глубоком ультрафиолете. Результаты расчетов из первых принципов показывают, что нелинейный оптический отклик и широкий диапазон пропускания LiNH4SO4 в основном обусловлены вкладом SO42-тетраэдрических мотивов, тогда как его более низкая дисперсия показателя преломления обусловлена главным образом сильно локализованной природой Катионы Li+ и NH4+ и электроны мотивов SO42- в кристалле LiNH4SO4. Это открытие открывает эффективный путь для разработки квазисинхронных нелинейных оптических кристаллов в глубоком ультрафиолете.
Доктор Ипэн Сун, аспирант Университета Китайской академии наук, является первым автором статьи, а младший научный сотрудник Института физики и структур Фуцзянь, Китай, является соавтором-корреспондентом статьи. бумага.
Рисунок 1 (а) Сравнение двулучепреломляющего синхронизма и квазисинхронизма; (б) кристалл LiNH4SO4 в сегнетоэлектрической фазе; (в) кристаллическая структура цис-электрической фазы
Рис. 2 (а) Кристаллы LiNH4SO4, выращенные затравочными кристаллами в направлении [011] (б) направление [001]; (в) кристаллы LiNH4SO4 с испытанием нелинейной оптики при переменной температуре; (d) циклическое испытание нелинейной оптики при переменной температуре; (д) кривые PE и JE кристаллов LiNH4SO4 при 413 К; (ж) 180-градусное изображение сегнетоэлектрических доменов кристаллов LiNH4SO4; (з) Однодоменные кристаллы LiNH4SO4.
Рис. 3 (а) Спектр пропускания в глубоком УФ-диапазоне кристалла LiNH4SO4; (б) полоска кристалла LiNH4SO4; (в) Изображение кристалла LiNH4SO4, полученное оптической микроскопией, после повреждения наносекундным лазером (г) до и после (д); Треугольная призма, используемая для определения показателя преломления LiNH4SO4 (e) Прохождение света в направлении (100); (f) Прохождение света в направлении (001); (ж) (з) Дисперсионное уравнение показателя преломления кристалла LiNH4SO4; (i) Тело оптического индекса при 532 нм кристалла LiNH4SO4.
Рис. 4. Циклы квазисинхронизма первого порядка процессов суммы и разности частот кристаллов LiNH4SO4.
Рис. 5. Зонная электронная структура LiNH4SO4; (б) диаграмма плотности состояний/парциальной плотности состояний LiNH4SO4; (в) ВЗМО LiNH4SO4; (г) НСМО LiNH4SO4.
