非線性光學(xué)晶體是一種重要的光電信息功能材料，在信息、科研、能源、工業(yè)制造和醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。隨著激光精密機(jī)械加工業(yè)、激光化學(xué)、紫外激光光譜學(xué)和激光醫(yī)學(xué)等學(xué)科的飛速發(fā)展，人們迫切需要發(fā)展全固態(tài)深紫外相干光源，其關(guān)鍵突破點(diǎn)在于深紫外波段（光譜范圍在200nm以下）的非線性光學(xué)晶體的研制和應(yīng)用。近幾年來，在新發(fā)展起來的深紫外非線性光學(xué)晶體材料中，磷酸鹽材料因其短紫外截止邊的優(yōu)勢(shì)，成為近期的一個(gè)研究熱點(diǎn)。然而，磷酸鹽中PO4功能基團(tuán)的微觀二階倍頻系數(shù)僅為平面B-O氧基團(tuán)（B3O6和BO3）的十分之一，導(dǎo)致磷酸鹽材料具有倍頻系數(shù)較小的缺陷。因此，需要在保證磷酸鹽寬的透光范圍的同時(shí)，通過合理設(shè)計(jì)功能基團(tuán)的組合和排列方式，有效增強(qiáng)其倍頻效應(yīng)。
中國科學(xué)院新疆理化技術(shù)研究所新型光電功能材料實(shí)驗(yàn)室潘世烈研究團(tuán)隊(duì)近年來致力于新型非線性光學(xué)晶體的研究。借鑒前期復(fù)合堿金屬硼酸鹽非線性光學(xué)晶體材料的研究成果，通過在磷酸鹽中引入離子半徑差異較大的堿金屬陽離子，該研究團(tuán)隊(duì)成功設(shè)計(jì)合成了一種磷酸鹽深紫外非線性光學(xué)晶體材料LiCs2PO4。該化合物不僅展現(xiàn)出短的紫外截止邊（174nm），而且具有大倍頻效應(yīng)（2.6倍KDP），這是迄今為止磷酸鹽深紫外非線性光學(xué)晶體材料體系中倍頻效應(yīng)最大的化合物。同時(shí)，LiCs2PO4能夠?qū)崿F(xiàn)1064nm下相位匹配，晶體易于生長，可望作為新型深紫外非線性光學(xué)晶體材料。
此外，該材料是正磷酸鹽，其大倍頻效應(yīng)的來源機(jī)制不同于其他研究組提出的聚磷酸根基團(tuán)倍頻增益效應(yīng)。科研人員通過第一性原理對(duì)該材料的光學(xué)性質(zhì)作了理論計(jì)算，結(jié)果發(fā)現(xiàn)該材料的晶體結(jié)構(gòu)中具有LiO4-PO4基團(tuán)的共邊連接，而這種特殊的連接方式有利于O-2p非鍵軌道的定向排列，導(dǎo)致磷氧結(jié)構(gòu)基元微觀非線性光學(xué)系數(shù)的有效疊加，從而使LiCs2PO4顯示出較大的倍頻效應(yīng)。這一工作為在磷酸鹽中設(shè)計(jì)具有較大倍頻效應(yīng)的非線性光學(xué)晶體材料提供了新的研究思路。
相關(guān)研究成果發(fā)表在《美國化學(xué)會(huì)志》（J. Am. Chem. Soc.）上。潘世烈研究團(tuán)隊(duì)碩士研究生李琳和助理研究員王穎為論文共同第一作者。
該研究工作得到國家自然科學(xué)基金和中科院“西部之光”等項(xiàng)目的支持。
LiCs2PO4中O-2p非鍵軌道的定向排列引起較大的倍頻效應(yīng)
