利用紅外倍頻晶體進行激光變頻是獲得光通訊兩個大氣窗口3-5μm和8-12μm激光源的重要手段，在軍事和民用領域都有著極為重要的應用價值。目前可商業(yè)應用的紅外波段倍頻晶體AgGaQ2(Q=S,Se)和ZnGeP2等存在兩大缺陷，即較小的激光損傷閾值阻礙其在高功率激光器上的應用以及需要在密閉體系生長避免原料氧化，單晶生長難度較大。這兩大局限性嚴重阻礙了它們的應用范圍，因此，探索具有高激光損傷閾值、適中倍頻效應且易于生長制備的新型紅外倍頻晶體材料仍然是該領域的研究難點和熱點。
中科院特殊環(huán)境功能材料與器件重點實驗室光電功能晶體材料團隊基于氧化物體系，引入電負性較大的鹵素離子及易產生二階姜泰勒效應的Pb2+離子成功獲得一種性能優(yōu)異的紅外倍頻晶體Pb17O8Cl18（POC）。POC晶體在1064nm和2090nm處的倍頻效應分別為4倍KDP和2倍AgGaS2，兩波段均能實現一類相位匹配；通過引入鹵素Cl-和重金屬Pb2+,POC晶體的紫外和紅外截止邊分別擴展至0.34μm和13.9μm，覆蓋了兩個紅外大氣窗口。最重要的是POC有效克服了目前商業(yè)紅外倍頻材料的兩大缺陷：（1）POC具有較高的激光損傷閾值，為AgGaS2的12.8倍，可以保證其在更高功率激光系統(tǒng)中的應用；（2）POC可在開放體系生長，大大降低了傳統(tǒng)紅外倍頻晶體在封閉系統(tǒng)中生長的難度，該研究團隊已在開放體系成功生長出尺寸為7mm×2mm×2mm的POC晶體。POC晶體將成為紅外激光倍頻領域中一種具有重要應用前景的材料。該研究團隊下一步將系統(tǒng)研究POC晶體生長工藝，制備可供單晶元器件加工的高質量單晶。
該研究成果已于近期發(fā)表在J.Am.Chem.Soc.上。相關研究工作得到國家自然科學基金、中科院“西部之光”項目、自治區(qū)國際合作項目、國家973等項目資助。
開放體系生長的Pb17O8Cl18晶體及其線性、非線性光學性質
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