Cristalele optice neliniare au aplicații importante în domeniul științei și tehnologiei laserului, cum ar fi litografie, comunicații, microprelucrare și afișare cu laser. Potrivirea de fază este o condiție necesară pentru ca cristalele optice neliniare să realizeze o conversie eficientă, iar cristalele optice neliniare tradiționale se bazează de obicei pe principiul birefringenței pentru a realiza potrivirea fazelor. Cu toate acestea, în banda ultravioletă profundă (UV), unde lungimea de undă este mai mică de 200 nm, un număr mare de cristale optice neliniare sunt dificil de realizat potrivirea fazei birefringente din cauza birefringenței lor mici. Tehnica de potrivire cvasi-fază realizează ieșirea eficientă a luminii de octave prin construirea unei structuri în care coeficienții neliniari sunt inversați periodic în cristal, astfel încât energia să curgă continuu de la lumina de frecvență fundamentală la lumina de octavă. În comparație cu potrivirea fazei birefringente, această tehnică are avantajele de a nu se baza pe birefringența materialului, de a potrivi o bandă largă de lungime de undă și de a putea utiliza coeficientul neliniar maxim al materialului. Cu toate acestea, cristalele optice neliniare potrivite pentru ieșire cvasi-potrivită în banda ultravioletă profundă sunt încă foarte rare.
Recent, cercetătorii Zhao Sangen și Luo Junhua de la Institutul de Materiale și Structuri Fujian, Academia Chineză de Științe (FIMSTEC) au crescut cu succes monocristale transparente LiNH4SO4 la scară de inchi în soluție apoasă și au confirmat feroelectricitatea cristalelor de LiNH4SO4 prin utilizarea buclei de histerezis electric și a temperaturii variabile test optic neliniar etc. Cristalele LiNH4SO4 se caracterizează printr-un grad ridicat de feroelectricitate și un grad ridicat de neliniaritate. Probele cu un singur domeniu de LiNH4SO4 au fost obținute cu succes prin aplicarea unei tensiuni de polarizare unidirecțională, iar cristalele de LiNH4SO4 au o gamă de transmisie de până la 171 nm, coeficienți optici neliniari de ordinul doi moderati (0.33 pm/V), și poate rezista la iradierea laser de până la 1,47 GW/cm-2 fără deteriorare. Indicele de refracție dependent de lungimea de undă al LiNH4SO4 a fost determinat cu precizie și ecuația de dispersie a LiNH4SO4 a fost ajustată prin metoda unghiului minim de deformare, iar rezultatele arată că LiNH4SO4 are o dispersie foarte scăzută a indicelui de refracție, ceea ce are ca rezultat un cvasi-ordinul întâi. perioada de potrivire de fază a cristalului de 1,4 µm la lungimea de undă a luminii dublată de 177,3 nm. Rezultatele de mai sus indică faptul că LiNH4SO4 este un candidat puternic pentru conversia frecvenței laser ultraviolete profunde. Rezultatele calculelor bazate pe principii indică faptul că răspunsul optic neliniar și gama largă de transmisie a LiNH4SO4 provin în principal din contribuția motivelor tetraedrice SO42-, în timp ce dispersia sa mai scăzută a indicelui de refracție se datorează în principal naturii foarte localizate a Cationii Li+ și NH4+ și electronii motivelor SO42- din cristalul LiNH4SO4. Această descoperire oferă o modalitate eficientă de a dezvolta cristale optice neliniare cu cvasi-fază cu ultraviolete adânci.
Dr. Yipeng Song, doctorand la Universitatea din Academia Chineză de Științe, este primul autor al lucrării, iar cercetătorul asociat Bingxuan Li de la Institutul de Fizică și Structuri, Fujian, China, este co-autorul corespondent al lucrării. hârtie.
Figura 1 (a) Comparația între fazele birefringente și cvasi-potrivite; (b) cristal de LiNH4SO4 în fază feroelectrică; (c) structura cristalină a fazei cis-electrice
Fig. 2 (a) Cristale de LiNH4S04 crescute de cristale de sămânță în direcția [011] (b) [001]; (c) cristale de LiNH4SO4 cu test de optică neliniară la temperatură variabilă; (d) test de cicluri optice neliniare la temperatură variabilă; (e) curbele PE și JE ale cristalelor de LiNH4SO4 la 413 K; (g) imagine de 180 de grade a domeniilor feroelectrice ale cristalelor de LiNH4SO4; (h) Cristale de LiNH4SO4 cu un singur domeniu
Fig. 3 (a) Spectrul de transmisie UV profund al cristalului LiNH4SO4; (b) LiNH4SO4 crystal Maker streak; (c) Imagine de microscopie optică a cristalului LiNH4SO4 după ce a fost deteriorat de un laser în nanosecunde (d) înainte și după (e); Prismă triunghiulară utilizată pentru indicele de refracție al LiNH4SO4 (e) Trecerea luminii în direcția (100); (f) trecerea luminii în direcția (001); (g) (h) Ecuația de dispersie a indicelui de refracție a cristalului LiNH4S04; (i) Corp index optic la 532 nm de cristal LiNH4SO4
Fig. 4 Cicluri de potrivire cvasi-fază de ordinul întâi ale proceselor de sumă și frecvență diferențială ale cristalelor de LiNH4SO4
Fig. 5 Structura benzii de energie electronică a LiNH4SO4; (b) diagrama densității stărilor/densitatea parțială a stărilor a LiNH4SO4; (c) HOMO al LiNH4S04; (d) LUMO de LiNH4SO4
