近日，电子电气与物理学院宋云霞老师在非线性光学晶体材料研究方面取得重要进展。相关成果“Synergistic combination of different types of functional motif in Rb(NO3)(SO3NH3) for realizing excellent ultraviolet optical nonlinearity”发表在《Inorganic Chemistry Frontiers》期刊上（论文链接： https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2024/qi/d4qi01044b）。论文以高性能非线性光学晶体的结构设计出发，利用π共轭基团与非π共轭基团结合于一体产生的协同效应，从而获得综合性能优异的非线性光学晶体。该成果受到国家自然科学基金、福建省自然科学基金等项目资助。
倍频（SHG）响应、双折射和紫外（UV）吸收边是紫外非线性光学（NLO）晶体的三个关键参数。因此在设计高性能非线性光学晶体时，如何使这三者之间达到最优平衡是我们研究的重点。目前，利用多种功能基元的协同效应来获得性能优异的非线性光学晶体材料是一种有效的策略，如π共轭基团具有大的超极化率和极化各向异性，因而可以产生明显SHG响应和双折射；而非π共轭基团具有大的光学带隙，可以扩大晶体的能带，使晶体具有短的紫外截止边。因此，将π共轭基团与非π共轭基团结合于一体，有望设计出综合性能优异的非线性光学晶体。基于此，在本论文中，将π共轭[NO3]基团与非π共轭[SO3NH3]基团相结合，同时考虑到碱金属离子缺少d-d和f-f跃迁从而有利于紫外光透过，成功设计合成出新型的非线性光学晶体Rb(NO3)(SO3NH3)（图1为晶体结构）。
图1 Rb(NO3)(SO3NH3)晶体结构图
研究结果表明Rb(NO3)(SO3NH3) 晶体具有较大的粉末SHG效应（～7xKDP）、合适的双折射（0.07@546.1 nm）和较短的紫外吸收边（～208 nm）（图2）。为了评估Rb(NO3)(SO3NH3)晶体的综合性能，将该晶体与传统的非线性光学晶体进行比较（如图3所示）。与KDP、LBO、BBO相比，Rb(NO3)(SO3NH3)晶体具有更大的SHG效应，同时还保持了短的紫外吸收边。更为重要的是，Rb(NO3)(SO3NH3)具有合适的双折射，不仅有利于紫外波段实现相位匹配，而且可以有效避免走离效应的影响。因此，Rb(NO3)(SO3NH3)是一种很有前景的紫外非线性光学晶体材料。
图2 Rb(NO3)(SO3NH3)晶体的光学性能
图3 Rb(NO3)(SO3NH3)与传统非线性光学晶体的性能对比图