新疆理化所在抗激光损伤宽带隙红外非线性光学材料研究获进展

红外非线性光学晶体作为激光频率转换的关键器件，在全固态激光器中具有广泛的应用。当前商用的中远红外非线性光学晶体主要包括类金刚石结构的AgGaS₂，AgGaSe₂和ZnGeP₂等化合物。然而，由于各自本征的性能缺陷，如低的激光损伤阈值及低带隙引起的双光子吸收等，这些材料已不能完全满足当前红外激光技术发展的需求。亟需开发性能优异的宽带隙红外非线性光学材料。

在国家青年人才计划、国家自然科学基金及新疆自治区自然科学基金等的资助下，中国科学院新疆理化技术研究所晶体材料研究中心科研人员利用［Si₄S₁₀］超四面体基元、［SiS₃F］混合阴离子四面体基元设计合成出2例宽带隙的红外非线性光学材料Rb₂CdSi₄S₁₀和Na₃SiS₃F。这两个化合物的带隙分别为4．23 eV、4．75 eV。其中，Rb₂CdSi₄S₁₀具有适中的倍频效应：0．6 × AGS；损伤阈值约为5 × AGS。理论计算的结果表明，［Si₄S₁₀］ 超四面体基元及［SiS₃F］混合阴离子四面体基元可以有效增大硫属化合物的带隙，为后续设计抗损伤的宽带隙红外非线性光学材料提供了借鉴。

相关研究成果分别发表在《Materials Horizons》（Mater． Horiz． 2023， 10， 619）及《Advanced Optical Materials》（Adv． Opt． Mater． 2023， DOI： 10．1002／adom．202300736．）上。新疆理化所为唯一完成单位，博士研究生周嘉政为上述2篇论文的第一作者，李俊杰研究员和潘世烈研究员为通讯作者。

图1 Rb₂CdSi₄S₁₀的晶体结构

图2 Na₃SiS₃F的晶体结构

图3 Rb₂CdSi₄S₁₀的光学性能

（a）光学带隙；（b）Rb₂CdSi₄S₁₀和AgGaS₂在2．09 μm激光下不同颗粒度的倍频效应；（c）光学透过；（d）带隙性能对比