角分辨能譜儀之深紫外非線性光學材料雙氟磷腈

　　深紫外非線性光學材料在全固態激光技術的實際應用中扮演著十分重要的角色。但是由于嚴苛的性能指標，深紫外非線性光學材料十分罕見。KBe₂BO₃F₂（KBBF）晶體是迄今為止唯一實用的深紫外非線性光學晶體材料，在諸多高新技術（例如角分辨能譜儀）中具有非常重要的應用價值。按照陰離子基團理論，深紫外非線性光學性能之所以罕有，是因為大部分陰離子基團的光學帶隙和雙折射率不能同時滿足充分大的條件。因此，大部分非線性光學結構要么帶隙較小（比如β-BaB2O4晶體）而無法有效透過深紫外激光，要么雙折射過低（比如LiB3O5晶體）而不能實現倍頻過程所必須的相位匹配。所以，為了獲得優良的深紫外非線性光學材料，研究者們一直想獲得既具有超大帶隙，又擁有充分雙折射，同時還能呈現足夠非線性光學效應的晶體結構。

　　近日，中國科學院理化技術研究所研究員林哲帥與北京計算科學研究中心博士康雷、研究員黃冰合作，通過將具有一維鏈狀特征的極性基團整合到準一維的極性聚合物長鏈結構中，從而既有效地擴展了非線性光學體系的結構各向異性（從而增大雙折射率），又較大地飽和了結構中的非鍵軌道（從而提高光學帶隙）。在此設計策略的指導下，研究者系統地聚焦到了具有極性鏈狀排列的磷腈聚合物體系，并成功地在晶體數據庫中找到了一種已被實驗報到的無機晶型聚合物結構——雙氟磷腈PNF2——其結構非常符合該工作的研究者關于深紫外非線性光學聚合物材料的理論構想。而且系統的理論計算顯示，雙氟磷腈呈現了較大的晶體帶隙（7.8~8.7電子伏），較大的倍頻效應（1.2~1.9倍KBBF），較大的雙折射率（0.10~0.16在400納米），以及較短的深紫外倍頻輸出波長（142~158納米），是一個在深紫外非線性光學的理論性能上略優于KBBF晶體的材料。值得注意的是，雙氟磷腈是第一個具有深紫外非線性光學性能的非氧化物材料和聚合物材料。作為一個前瞻性的理論工作，其為深紫外非線性光學材料的研究提供了一個新的研究思路和策略參考。相關結果發表在《德國應用化學》上（Angew. Chem. Int. Ed. 10.1002/anie.201905025）。

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無機聚合物結構雙氟磷腈的深紫外非線性光學性能理論研究取得進展