Нелинейните оптични кристали имат важни приложения в областта на лазерната наука и технологии като литография, комуникации, микрообработка и лазерен дисплей. Фазовото съвпадение е необходимо условие за нелинейните оптични кристали, за да реализират ефективно преобразуване, а традиционните нелинейни оптични кристали обикновено се основават на принципа на двойно пречупване, за да реализират фазово съвпадение. Въпреки това, в дълбоката ултравиолетова (UV) лента, където дължината на вълната е по-малка от 200 nm, голям брой нелинейни оптични кристали е трудно да се реализира двупречупващо фазово съвпадение поради тяхното малко двойно пречупване. Техниката за квазифазово съвпадение реализира ефективния изход на октавна светлина чрез конструиране на структура, в която нелинейните коефициенти периодично се обръщат в кристала, така че енергията непрекъснато да тече от светлината с основна честота към октавната светлина. В сравнение с двойното пречупване на фазите, тази техника има предимствата да не разчита на двойното пречупване на материала, да съвпада с широка лента с дължина на вълната и да може да използва максималния нелинеен коефициент на материала. Въпреки това, нелинейните оптични кристали, подходящи за квази-фазов изход в дълбоката ултравиолетова лента, все още са много редки.
Наскоро изследовател Zhao Sangen & Luo Junhua от Fujian Institute of Materials and Structures, China Academy of Sciences (FIMSTEC) успешно отгледаха инчови прозрачни монокристали LiNH4SO4 във воден разтвор и потвърдиха фероелектричеството на кристалите LiNH4SO4 чрез използване на електрически хистерезис и променлива температура нелинеен оптичен тест и др. Кристалите LiNH4SO4 се характеризират с висока степен на фероелектричество и висока степен на нелинейност. Проби с единичен домейн от LiNH4SO4 бяха успешно получени чрез прилагане на еднопосочно поляризационно напрежение, а кристалите LiNH4SO4 имат обхват на предаване до 171 nm, умерени нелинейни оптични коефициенти от втори ред (0.33 pm/V), и може да издържи лазерно облъчване до 1,47 GW/cm-2 без повреда. Зависещият от дължината на вълната индекс на пречупване на LiNH4SO4 беше точно определен и дисперсионното уравнение на LiNH4SO4 беше монтирано чрез метода на минималния ъгъл на отклонение и резултатите показват, че LiNH4SO4 има много ниска дисперсия на индекса на пречупване, което води до квази- период на фазово съвпадение на кристала от 1,4 µm при удвоена дължина на светлинната вълна от 177,3 nm. Горните резултати показват, че LiNH4SO4 е силен кандидат за дълбоко ултравиолетово лазерно честотно преобразуване. Резултатите от изчисленията на първите принципи показват, че нелинейният оптичен отговор и широкият обхват на предаване на LiNH4SO4 произлизат главно от приноса на SO42-тетраедрични мотиви, докато неговата по-ниска дисперсия на индекса на пречупване се дължи главно на силно локализираната природа на Li+ и NH4+ катиони и електроните на SO42- мотиви в кристала LiNH4SO4. Това откритие осигурява ефективен начин за разработване на дълбоко ултравиолетови квазифазово съвпадащи нелинейни оптични кристали.
Д-р Yipeng Song, докторант в Университета на Китайската академия на науките, е първият автор на статията, а асоциираният изследовател Bingxuan Li от Института по физика и конструкции, Фуджиан, Китай, е съавтор на кореспонденцията на хартия.
Фигура 1 (a) Сравнение на двойно пречупване с фазово съвпадение и квазифазово съвпадение; (b) LiNH4SO4 кристал в фероелектрична фаза; (c) кристална структура на цис-електрична фаза
Фигура 2 (a) Кристали LiNH4SO4, отгледани чрез зародишни кристали в посока [011] (b) посока [001]; (c) Кристали LiNH4SO4 с тест за нелинейна оптика с променлива температура; г) циклично изпитване на нелинейна оптика с променлива температура; (e) PE и JE криви на кристали LiNH4SO4 при 413 K; (g) 180 градусово изображение на фероелектрични домени на кристали LiNH4SO4; (h) Еднодомейни кристали LiNH4SO4
Фигура 3 (а) Дълбок UV спектър на предаване на кристал LiNH4SO4; (b) LiNH4SO4 кристална ивица; ( c ) Оптично микроскопско изображение на кристал LiNH4SO4 след повреда от наносекунден лазер ( d ) преди и след ( e ); Триъгълна призма, използвана за индекса на пречупване на LiNH4SO4 (e) Преминаване на светлина в посока (100); (f) преминаване на светлина в посока (001); (g) (h) Дисперсионно уравнение на индекса на пречупване на кристал LiNH4SO4; (i) Оптично индексно тяло при 532 nm от кристал LiNH4SO4
Фиг. 4 Цикли на квази-фазово съвпадение от първи ред на процесите на сумарна и разлика в честотата на кристали LiNH4SO4
Фиг. 5 Електронна енергийна лента на LiNH4SO4; б) диаграма плътност на състоянията/частична плътност на състоянията на LiNH4SO4; (c) HOMO на LiNH4SO4; (d) LUMO на LiNH4SO4
