据光粒网，于2023年12月29日报道，深紫外（波长<200 nm）非线性光学晶体在高精度光刻、深空通信、超高分辨能谱仪、宽波段光谱仪等高技术领域具有重要应用。相位匹配是非线性光学晶体实现高效转换的必要条件，传统的非线性光学晶体通常基于双折射原理实现相位匹配。然而在深紫外波段，大量非线性光学晶体由于过小的双折射率而难以实现双折射相位匹配。准相位匹配技术通过在晶体中构建非线性系数周期反转的结构，使能量不断由基频光流向倍频光，从而实现倍频光的高效输出。与双折射相位匹配相比，该技术具有不依赖材料双折射率、匹配波段宽、可以利用材料的最大非线性系数等优点，是在深紫外波段实现相干光高效输出的有效方法。然而，目前适用于深紫外波段准相位匹配输出的非线性光学晶体仍然非常稀少。

        中国科学院福建物质结构研究所赵三根研究员等在水溶液中成功生长了英寸级透明LiNH4SO4单晶。电滞回线和变温非线性光学测试等证实LiNH4SO4晶体具有铁电性。通过施加单向极化电压，成功获得了LiNH4SO4的单畴化样品。LiNH4SO4晶体的透光范围可到极短的171 nm，具有适中的二阶非线性光学系数（0.33 pm/V）,且可承受最高达1.47GW/cm-2的激光照射而不损坏。通过最小偏向角法精确测定了LiNH4SO4的波长依赖折射率并拟合了其色散方程，结果表明LiNH4SO4具有极低的折射率色散，使得该晶体在倍频光波长177.3 nm处的一阶准相位匹配周期达1.4 μm，表明有望采用现有极化工艺加工其准相位匹配倍频器件来直接得到深紫外激光。以上结果说明了LiNH4SO4是深紫外激光变频的有力候选材料。第一性原理计算的结果表明LiNH4SO4的非线性光学响应和宽透光范围主要源自于SO42-四面体基元的贡献，而其较低的折射率色散则主要是由于LiNH4SO4晶体中Li+、NH4+阳离子和SO42-基元电子的的高度局域性。这一发现为发展深紫外准相位匹配非线性光学晶体提供了一条有效途径。

        该成果发表在Advanced Functional Materials，题为A Ferroelectric Nonlinear Optical Crystal for Deep-UV Quasi-Phase-Matching。中国科学院大学博士研究生宋一鹏为论文的第一作者，福建物构所李丙轩副研究员为论文的共同通讯作者。

        论文信息

        A Ferroelectric Nonlinear Optical Crystal for Deep-UV Quasi-Phase-Matching

        Yipeng Song, Hongwei Yu, Bingxuan Li, Xiaoqi Li,* Yang Zhou, Yanqiang Li, Chao He, Ge Zhang, Junhua Luo, and Sangen Zhao*

        DOI: 10.1002/ad