新型含氟化合物中红外非线性光学晶体材料的设计合成与性能研究

Nonlinear optical (NLO) crystal materials in the Middle infrared (Mid-IR) region are important materials for high technology. They can be widely used in optical communication, infrared monitoring and national defense. At present, the current commercial mid-Infrared NLO materials are heavily hindered owing to their low laser damage thresholds (LDT). Therefore, the exploration of new mid-IR NLO materials with high LDT has become one of the great challenges in the field of NLO materials. Fluorochemicals usually show large band gaps and therefore possess high laser damage threshold owing to the strongest electronegativity element fluorine. This subject is to search for the new excellent NLO materials from the mixed-halogen halides containing fluorine and oxyfluorides in the Mid-IR region. .We focus on the high laser damage threshold, and balance the NLO properties and the transmittance in the Mid-IR region. The synthesis, structure identification, some related properties and crystal growth will be studied. We hope to obtain a few potentially useful new mid-IR NLO crystal materials, and delve into the relationship between the composition, crystal structure of compounds and their various properties, and come true the rational design and controllable preparation of the mixed-halogen halides containing fluoride anion and oxyfluorides crystal materials.

中红外波段非线性光学晶体材料是一类重要的高新技术材料，在激光通讯、环境监测以及红外对抗等方面有着广泛的用途。目前商品化的中红外波段非线性光学晶体材料存在的主要问题是激光损伤阈值低，这就限制了它们的应用范围。探索具有高激光损伤阈值的新型中红外非线性光学晶体材料成为目前非线性光学材料领域的前沿课题。含氟化合物由于含有元素周期表中电负性最强的元素氟，将氟混合入卤化物和氧化物的分子设计可使设计的化合物具有宽的带隙，从而具有高的激光损伤阈值。本项目提出从含氟混合卤素化合物和氟氧酸盐中探索新的中红外波段非线性光学晶体材料，以提高激光损伤阈值为主要目标，兼顾非线性光学性能和中红外波段透光范围等，研究含氟混合卤素化合物和氟氧酸盐的分子设计、合成、结构鉴定、相关性能和晶体生长，探索出几个有潜在应用价值的新材料，深入探讨化合物组成、结构与性能之间的关系，以实现含氟混和卤素化合物和氟氧酸盐的合理设计与可控制备。

中红外非线性光学晶体是一类重要的高新技术材料，在军事民用等方面应用广泛。目前，商品化的中红外非线性光学晶体材料由于它们的半导体特性，其激光损伤阈值偏低，无法满足高功率激光的应用要求。因此，寻找具有较高激光损伤阈值综合性能优良的新型中红外非线性光学晶体材料具有重要研究意义。本项目以含氟混合卤素化合物和氟氧酸盐为研究基础，以提高激光损伤阈值为主要目标，兼顾非线性光学性能和中红外波段透光范围等，从而探索新的具有较高激光损伤阈值的中红外波段非线性光学晶体材料。项目期间，得到了几个符合项目指标的含氟化合物，新型氟氧酸盐 ABi2(IO3)2F5(A = K, Rb和Cs)和含氟卤化物Pb7F12Cl2，系统研究了它们的合成、结构表征、光学性质和倍频效应等，大量实验表明：含氟化合物普遍具有宽的带隙和高的激光损伤阈值，是一类重要的有潜在应用价值的中红外非线性光学晶体材料。我们同时结合理论计算研究了它们的非线性光学效应产生的原因，深入探讨了结构与性能之间的关系。此外还发现了十多种其他不含氟的非线性光学晶体材料。迄今为止，本项目共发表SCI论文9篇，申请中国发明专利4项，预期还将发表3~4篇SCI论文。后续工作还在进行中。