近日，晶體材料全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室路大治教授、于浩海教授研究團(tuán)隊(duì)在硅酸鎵鑭族氧化物非線性光學(xué)晶體研究中取得新進(jìn)展。相關(guān)研究以“La3ZrGa5O14: Band-Inversion Strategy in Topology-Protected Octahedron for Large Nonlinear Response and Wide Bandgap” 為題發(fā)表在Angewandte Chemie International Edition。于浩海教授為該論文的通訊作者，路大治教授為第一作者，山東大學(xué)為第一完成單位。
 

能帶反轉(zhuǎn)策略實(shí)現(xiàn)激光損傷閾值(LDT)和非線性響應(yīng)(SHG)的協(xié)同提升
 

　　中波紅外激光處于大氣透射窗口且與多種分子振動(dòng)頻率對應(yīng)，在光電對抗、環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域有重要需求，用以變頻和放大的非線性光學(xué)晶體是中波紅外激光發(fā)展的關(guān)鍵材料之一。通常，氧化物晶體由于多聲子吸收效應(yīng)較強(qiáng)，其透過范圍往往難以突破5微米及以上波長，而半導(dǎo)體晶體的窄帶隙又使其激光損傷閾值一般較低，難以支撐中波紅外激光的功率攀升。同時(shí)，相關(guān)研究還受禁帶寬度與非線性系數(shù)間本征倒置關(guān)系的制約，因此，兼具高激光損傷閾值、大非線性光學(xué)系數(shù)的中波紅外非線性晶體一直是本領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和難點(diǎn)。
 

　　該研究團(tuán)隊(duì)長期從事激光與非線性光學(xué)晶體研究，近年來，從聲子角度入手，建立了中波紅外氧化物晶體的設(shè)計(jì)原則，國際首次發(fā)現(xiàn)鈮酸鎵鑭族晶體兼具高激光損傷閾值、大非線性光學(xué)系數(shù)和寬透過的特點(diǎn)，發(fā)展了該類晶體大尺寸生長技術(shù)，獲得國際最大尺寸光學(xué)晶體，設(shè)計(jì)了非線性光學(xué)器件并實(shí)用。在此基礎(chǔ)上，本文創(chuàng)新性地提出了以拓?fù)鋵ΨQ保護(hù)的氧八面體來提供電子能帶反轉(zhuǎn)的設(shè)計(jì)策略，將活性的4d電子軌道轉(zhuǎn)移到導(dǎo)帶底部，獲得了一種綜合性能優(yōu)秀的非線性光學(xué)晶體La3ZrGa5O14(LGZr)，協(xié)同提升了其激光損傷閾值和非線性響應(yīng)，是已發(fā)現(xiàn)的該族晶體中具有最強(qiáng)非線性響應(yīng)、最寬帶隙和最高激光損傷閾值的材料，相關(guān)研究為中波紅外氧化物非線性晶體設(shè)計(jì)提供了新范式，且在中波紅外超快超強(qiáng)激光的放大和頻率變換等重大工程中有重要的應(yīng)用潛力。
 

　　相關(guān)工作得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金、泰山學(xué)者攀登計(jì)劃、山東省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、山東省自然科學(xué)基金、晶體材料全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的大力支持。