Nelinearni optični kristali imajo pomembne aplikacije na področjih laserske znanosti in tehnologije, kot so litografija, komunikacije, mikroobdelava in laserski zasloni. Fazno ujemanje je nujen pogoj za nelinearne optične kristale, da dosežejo učinkovito pretvorbo, tradicionalni nelinearni optični kristali pa običajno temeljijo na principu dvolomnosti, da dosežejo fazno ujemanje. Vendar pa je v globokem ultravijoličnem (UV) pasu, kjer je valovna dolžina manjša od 200 nm, pri velikem številu nelinearnih optičnih kristalov zaradi njihove majhne dvolomnosti težko uresničiti dvolomno fazno ujemanje. Tehnika kvazi-faznega ujemanja uresničuje učinkovit izhod oktavne svetlobe s konstruiranjem strukture, v kateri se nelinearni koeficienti periodično obrnejo v kristalu, tako da energija neprekinjeno teče od svetlobe osnovne frekvence do oktavne svetlobe. V primerjavi z dvolomnim faznim usklajevanjem ima ta tehnika prednosti, ker se ne zanaša na dvolomnost materiala, ujemanje s širokim pasom valovnih dolžin in možnost izkoriščanja največjega nelinearnega koeficienta materiala. Vendar so nelinearni optični kristali, primerni za navidezno fazno usklajeni izhod v globokem ultravijoličnem pasu, še vedno zelo redki.
Pred kratkim sta raziskovalca Zhao Sangen & Luo Junhua iz Inštituta za materiale in strukture Fujian Kitajske akademije znanosti (FIMSTEC) uspešno vzgojila prozorne monokristale LiNH4SO4 v velikosti palcev v vodni raztopini in potrdila feroelektričnost kristalov LiNH4SO4 z uporabo zanke električne histereze in spremenljive temperature nelinearni optični test itd. Za kristale LiNH4SO4 je značilna visoka stopnja feroelektričnosti in visoka stopnja nelinearnosti. Enodomenski vzorci LiNH4SO4 so bili uspešno pridobljeni z uporabo enosmerne polarizacijske napetosti, kristali LiNH4SO4 pa imajo prepustno območje le 171 nm, zmerne nelinearne optične koeficiente drugega reda (0.33 pm/V), in lahko brez poškodb prenese lasersko obsevanje do 1,47 GW/cm-2. Od valovne dolžine odvisen lomni količnik LiNH4SO4 je bil natančno določen in disperzijska enačba LiNH4SO4 je bila prilagojena z metodo najmanjšega odklonskega kota, rezultati pa kažejo, da ima LiNH4SO4 zelo nizko disperzijo lomnega količnika, kar ima za posledico kvazi- faza faznega ujemanja kristala 1,4 µm pri podvojeni svetlobni valovni dolžini 177,3 nm. Zgornji rezultati kažejo, da je LiNH4SO4 močan kandidat za globoko ultravijolično lasersko pretvorbo frekvence. Rezultati izračunov prvih principov kažejo, da nelinearni optični odziv in širok razpon prepustnosti LiNH4SO4 izvirata predvsem iz prispevka tetraedrskih motivov SO42-, medtem ko je njegova nižja disperzija lomnega količnika v glavnem posledica zelo lokalizirane narave Kationi Li+ in NH4+ ter elektroni motivov SO42- v kristalu LiNH4SO4. Ta ugotovitev zagotavlja učinkovit način za razvoj globoko ultravijoličnih kvazi-fazno usklajenih nelinearnih optičnih kristalov.
Dr. Yipeng Song, doktorski študent na Univerzi kitajske akademije znanosti, je prvi avtor prispevka, izredni raziskovalec Bingxuan Li na Inštitutu za fiziko in strukture v Fujianu na Kitajskem pa je soavtor prispevka. papir.
Slika 1 (a) Primerjava dvolomnih fazno usklajenih in kvazi fazno usklajenih; (b) kristal LiNH4SO4 v feroelektrični fazi; (c) kristalna struktura cis-električne faze
Slika 2 (a) Kristali LiNH4SO4, vzgojeni s kalitvenimi kristali v smeri [011] (b) smer [001]; (c) kristali LiNH4SO4 s preskusom nelinearne optike s spremenljivo temperaturo; (d) ciklični preskus nelinearne optike s spremenljivo temperaturo; (e) PE in JE krivulje kristalov LiNH4SO4 pri 413 K; (g) 180-stopinjska slika feroelektričnih domen kristalov LiNH4SO4; (h) Enodomenski kristali LiNH4SO4
Slika 3 (a) Globok UV prenosni spekter kristala LiNH4SO4; (b) LiNH4SO4 kristalna ustvarjalna črta; (c) Optična mikroskopska slika kristala LiNH4SO4 po poškodbi z nanosekundnim laserjem (d) pred in po (e); Trikotna prizma, uporabljena za lomni količnik LiNH4SO4 (e) Prehajanje svetlobe v smeri (100); (f) prehajanje svetlobe v smeri (001); (g) (h) Disperzijska enačba lomnega količnika kristala LiNH4SO4; (i) Optično indeksno telo pri 532 nm kristala LiNH4SO4
Sl. 4 Cikli kvazifaznega ujemanja prvega reda procesov vsote in diferenčne frekvence kristalov LiNH4SO4
Slika 5 Struktura elektronskega energijskega pasu LiNH4SO4; (b) diagram gostota stanj/delna gostota stanj LiNH4SO4; (c) HOMO LiNH4SO4; (d) LUMO LiNH4SO4
