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記者4月3日從中國科學(xué)院新疆理化技術(shù)研究所獲悉，該所潘世烈、楊志華等人組成的科研團(tuán)隊(duì)在深紫外非線性光學(xué)晶體研究領(lǐng)域再次取得重要進(jìn)展。該團(tuán)隊(duì)提出氟化調(diào)控設(shè)計(jì)原理，設(shè)計(jì)出兩種氟化硼酸鹽晶體新結(jié)構(gòu)體系，其最短相位匹配倍頻波長可達(dá)145.2納米，超過了實(shí)現(xiàn)22?Th核鐘所需的148.3納米關(guān)鍵閾值，為新材料設(shè)計(jì)提供了研究新思路。相關(guān)研究成果近期發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊《先進(jìn)材料》。

深紫外非線性光學(xué)晶體是深紫外激光、精密測(cè)量、量子通信等前沿領(lǐng)域的核心功能材料。然而，這類材料需同時(shí)滿足超寬帶隙、合適雙折射獲得短相位匹配倍頻波長、大倍頻效應(yīng)三大核心要求，三者相互制約；加之傳統(tǒng)試錯(cuò)研發(fā)模式效率偏低，目前利用雙折射相位匹配實(shí)現(xiàn)150納米以下激光輸出的材料資源稀缺，例如，能夠滿足22?Th核鐘148.3納米臨界應(yīng)用波長需求的理想材料一直難以突破。

針對(duì)上述科學(xué)問題，該研究團(tuán)隊(duì)圍繞深紫外非線性光學(xué)材料“寬帶隙、短相位匹配波長、大倍頻”難以協(xié)同的核心瓶頸，開展π共軛與非π共軛協(xié)同調(diào)控結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究。通過提出氟化硼酸鹽功能基元的可控組分設(shè)計(jì)規(guī)則，精準(zhǔn)約束化學(xué)組分搜索空間，設(shè)計(jì)出LiB3O4F2和Li2B4O5F4兩類新型結(jié)構(gòu)。其中，C2-LiB3O4F2表現(xiàn)尤為突出，其最短相位匹配倍頻波長達(dá)到145.2納米，倍頻效應(yīng)為KDP的3.4倍。研究首次證實(shí)，[BO3]與[BO2F2]功能單元的協(xié)同組裝在實(shí)現(xiàn)相位匹配波長短于150納米方面具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。

楊志華表示，該研究驗(yàn)證了氟化協(xié)同調(diào)控策略在深紫外非線性光學(xué)材料的多性能協(xié)同優(yōu)化種的可行性與有效性，既為超短深紫外激光光源、原子核鐘超高精度精密測(cè)量體系的實(shí)驗(yàn)研發(fā)提供理論依據(jù)與設(shè)計(jì)參考，也為非線性光學(xué)晶體從傳統(tǒng)試錯(cuò)走向理性精準(zhǔn)設(shè)計(jì)提供了新思路。