長波紅外非線性光學材料研究獲進展

紅外非線性光學晶體作為激光頻率轉換的關鍵器件，在全固態激光器中具有重要的應用。當前商用的紅外非線性光學晶體主要包括黃銅礦型化合物如AgGaS₂， AgGaSe₂和ZnGeP₂ 等。然而，由于各自本征的性能缺陷，這些材料已不能完全滿足當前長波紅外激光技術發展的需求，亟需突破現有材料性能的限制，發展高性能新型長波紅外非線性光學材料。

近期，中國科學院新疆理化技術研究所的科研人員通過系統分析現有紅外非線性光學材料的性能來源，提出協同組裝優勢基元構建新型紅外非線性光學材料的結構設計思路，并以A^ⅡB^ⅡC^ⅣQ^Ⅵ₄家族為模板，實現了該家族硒化物帶隙及二階非線性光學效應的有效調控，獲得了兩例長波紅外非線性光學材料SrCdSiSe₄和BaCdSiSe₄。

這兩例化合物具有強的二階非線性光學響應，是AgGaS₂的2.1至2.7倍，且材料的帶隙為2.67至2.78 eV，屬于寬帶隙半導體，激光損傷閾值達到商用AgGaS₂材料的4倍，有望用于高效、高功率長波紅外激光的輸出。值得一提的是，SrCdSiSe₄為一同成分熔融化合物，具有較好的晶體生長習性，有利于實用化大尺寸單晶的生長。同時，實驗及計算的結果表明，SrCdSiSe₄和BaCdSiSe₄化合物中優異的綜合性能主要歸因于[A^IISe₈]、[CdSe₄] 和 [SiSe₄]優勢基元的協同組裝。

相關研究成果發表在《先進功能材料》（Advanced Functional Materials）上。研究工作得到中國科學院戰略性先導科技專項、國家自然科學基金及新疆維吾爾自治區自然科學基金等的支持。

論文鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.202504210

協同組裝優勢結構基元實現紅外非線性光學材料中關鍵性能的平衡