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探索硼酸盐非线性光学晶体的艰难历程

2013-03-08 16:13
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  5 科学追求是发现深紫外非线性光学晶体的原动力

  BBO和LBO晶体发现后,他们意识到,这两种晶体由于基本结构的原因,不能实现使用直接倍频的方法产生深紫外(波长短于200nm)谐波光。BBO晶体的基本结构单元(B3O6)3-基团的能隙比较窄(见图1),从而使该晶体的紫外截止边只能达到185nm,限制了此晶体在深紫外光谱区实现倍频光输出的能力,而LBO晶体则由于(B3O7)5-基团在空间形成一个(B3O5)狀→∝的无穷链,此链与犣轴方向的夹角几乎成45°(见图2),从而使该晶体的双折射率只有0.04~0.05,于是尽管LBO晶体的截止边可达到150nm左右,但是太小的双折射率,使此晶体不能用倍频方法实现深紫外谐波光输出,它的同族晶体CBO(CsB3O5)和CLBO(CsLiB6O10)也因同样的原因不能使用直接倍频方法实现深紫外谐波光输出。面对这个困难,他们研究组探索深紫外非线性光学晶体的决心并没有动摇,而是继续按照分子工程设计学方法,首先提出探索深紫外非线性光学晶体的基本结构条件,然后寻找合适的化合物,考察其基本结构是否满足所提出的结构要求。假如基本满足,就开始新一轮的实验研究。

  图1(B3O6)3-基团的能级结构

  图2LBO晶体的空间结构

  鉴于BBO和LBO基本结构所存在的问题,为了探索新型深紫外非线性光学晶体,提出了4条结构判据:

  1)晶体的基本结构单元应为(BO3)3-基团;

  2)(BO3)3-基团的3个终端氧必须和其他原子相连结,以便消除(BO3)3-的3个悬挂键;

  3)(BO3)3-基团应保持共平面结构;

  4)在晶格中,(BO3)3-基团的密度应尽可能大,因为此基团是产生非线性光学效应的基本结构单元。

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