深紫外激光具有波長短、光子能量高等優(yōu)點，因而在高分辨率成像、光譜應用、微細加工等諸多領域具有重要的應用價值，利用深紫外非線性光學晶體進行變頻是獲得深紫外激光的主要手段。我國是唯一掌握相關深紫外全固態(tài)激光技術的國家，KBe2BO3F2 (KBBF)是目前唯一實際可直接倍頻產生深紫外激光的非線性光學晶體，是繼硼酸鋇(BBO)、三硼酸鋰(LBO)晶體后的第三個“中國牌”非線性光學晶體，但是生長KBBF所用的鈹原料有劇毒，同時KBBF晶體是層狀結構，層與層之間的連接力較弱，使得KBBF層狀生長習性嚴重，其研發(fā)仍停留在實驗室階段。因此，探索研究新一代無鈹深紫外非線性光學晶體具有重要意義。

     在國家基金委優(yōu)秀青年基金、科技部“973”重大研究計劃等項目的支持下，中國科學院福建物質結構研究所中科院光電材料化學與物理重點實驗室羅軍華課題組利用尺寸較大的堿土金屬陽離子Sr2+與非線性光學活性基元[BO3]3-，成功制備了首個包含[SrBO3]平面層的深紫外非線性光學晶體材料Li4Sr(BO3)2 (LSBO)。該材料中[SrBO3]平面層繼承了KBBF晶體中[BO3]非線性活性基元的最優(yōu)排列方式（類似KBBF中的[Be2BO3F2]層），同時[SrBO3]平面層之間進一步通過[BO3]非線性活性基元緊密連接（其層間作用力相當于KBBF的4.7倍），這使得LSBO晶體既具有適中的雙折射率，能夠實現(xiàn)有效相位匹配倍頻輸出，又具有比KBBF更大的非線性光學效應（2.0倍KDP，約相當于KBBF的1.6倍），并且還顯著克服了KBBF晶體所具有的明顯層狀生長習性。LSBO晶體的光學透過范圍低至186nm，且不吸潮、硬度適中、易加工。該晶體有別于傳統(tǒng)的硼鈹酸鹽深紫外非線性光學材料，有望成為下一代深紫外非線性光學優(yōu)秀候選材料，代表了該領域的一個新發(fā)展方向。此外，該課題組與中科院理化技術研究所研究員林哲帥合作，對該材料的光學性質作了理論計算并揭示了其非線性光學效應的來源。相關研究成果發(fā)表在Nature子刊《自然通訊》(Nat. Commun., 2014, doi:10.1038/ncomms5019)。

     此前，該課題組在新型非線性光學材料探索及其倍頻機制研究方面取得了系列進展，如：CsZn2B3O7（Inorg. Chem., 2014，53, 25212527）、CdTeMoO6（J. Mater. Chem. C, 2013，1, 29062912）、ZnTeMoO6（RSC Adv., 2013，3, 1400014006）等。在分子基光電晶體材料研究方面也取得了重要進展，相關成果發(fā)表在Adv. Mater., 2013, 25, 41594163; Angew. Chem. Int. Ed., 2012, 51, 38713876; Adv. Funct. Mater., 2012, 22, 48554861等。

 

福建物構所深紫外非線性光學晶體材料研究獲進展