Tinh thể quang học phi tuyến có những ứng dụng quan trọng trong các lĩnh vực khoa học và công nghệ laser như in thạch bản, truyền thông, vi cơ và hiển thị laser. Khớp pha là điều kiện cần thiết để các tinh thể quang phi tuyến thực hiện chuyển đổi hiệu quả và các tinh thể quang phi tuyến truyền thống thường dựa trên nguyên lý lưỡng chiết để thực hiện khớp pha. Tuy nhiên, trong dải tử ngoại sâu (UV), trong đó bước sóng nhỏ hơn 200 nm, một số lượng lớn tinh thể quang học phi tuyến khó nhận ra sự phối hợp pha lưỡng chiết do khả năng lưỡng chiết nhỏ của chúng. Kỹ thuật phối hợp gần pha tạo ra hiệu quả phát ra ánh sáng quãng tám bằng cách xây dựng một cấu trúc trong đó các hệ số phi tuyến được đảo ngược định kỳ trong tinh thể, sao cho năng lượng liên tục truyền từ ánh sáng tần số cơ bản đến ánh sáng quãng tám. So với phối hợp pha lưỡng chiết, kỹ thuật này có ưu điểm là không phụ thuộc vào khả năng lưỡng chiết của vật liệu, phù hợp với dải bước sóng rộng và có thể tận dụng hệ số phi tuyến tối đa của vật liệu. Tuy nhiên, các tinh thể quang học phi tuyến thích hợp cho đầu ra gần pha trong dải tử ngoại sâu vẫn còn rất hiếm.
Gần đây, nhà nghiên cứu Zhao Sangen & Luo Junhua từ Viện Vật liệu và Cấu trúc Phúc Kiến, Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc (FIMSTEC) đã phát triển thành công các tinh thể đơn LiNH4SO4 trong suốt có kích thước inch trong dung dịch nước và xác nhận tính sắt điện của tinh thể LiNH4SO4 bằng cách sử dụng vòng trễ điện và nhiệt độ thay đổi thử nghiệm quang học phi tuyến, v.v. Các tinh thể LiNH4SO4 được đặc trưng bởi mức độ sắt điện cao và mức độ phi tuyến cao. Các mẫu miền đơn của LiNH4SO4 đã thu được thành công bằng cách áp dụng điện áp phân cực một chiều và tinh thể LiNH4SO4 có phạm vi truyền ngắn tới 171 nm, hệ số quang phi tuyến bậc hai vừa phải (0.33 pm/V), và có thể chịu được bức xạ laze lên tới 1,47 GW/cm-2 mà không bị hư hại. Chỉ số khúc xạ phụ thuộc bước sóng của LiNH4SO4 đã được xác định chính xác và phương trình phân tán của LiNH4SO4 được điều chỉnh bằng phương pháp góc lệch tối thiểu và kết quả cho thấy LiNH4SO4 có độ phân tán chiết suất rất thấp, dẫn đến hiệu ứng gần như bậc một. khoảng thời gian trùng pha của tinh thể 1,4 µm ở bước sóng ánh sáng gấp đôi 177,3 nm. Các kết quả trên cho thấy LiNH4SO4 là ứng cử viên sáng giá cho việc chuyển đổi tần số laser cực tím sâu. Kết quả tính toán theo nguyên tắc đầu tiên chỉ ra rằng đáp ứng quang phi tuyến và phạm vi truyền rộng của LiNH4SO4 chủ yếu bắt nguồn từ sự đóng góp của họa tiết tứ diện SO{39}}, trong khi sự phân tán chiết suất thấp hơn của nó chủ yếu là do tính chất cục bộ cao của Các cation Li+ và NH{41}} và các electron của họa tiết SO42- trong tinh thể LiNH4SO4. Phát hiện này cung cấp một phương pháp hiệu quả để phát triển các tinh thể quang phi tuyến bán pha tương ứng với tia cực tím sâu.
Tiến sĩ Yipeng Song, nghiên cứu sinh tiến sĩ tại Đại học Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc, là tác giả đầu tiên của bài báo và Phó nhà nghiên cứu Bingxuan Li tại Viện Vật lý và Cấu trúc, Phúc Kiến, Trung Quốc, là đồng tác giả của bài báo. giấy.
(a) So sánh lưỡng chiết hợp pha và bán pha; (b) Tinh thể LiNH4SO4 ở pha sắt điện; (c) cấu trúc tinh thể của pha điện cis
Hình 2 (a) Tinh thể LiNH4SO4 được phát triển bởi tinh thể hạt theo hướng [011] (b) [001]; (c) Tinh thể LiNH4SO4 với thử nghiệm quang học phi tuyến ở nhiệt độ thay đổi; (d) thử nghiệm chu trình quang học phi tuyến có nhiệt độ thay đổi; (e) Đường cong PE và JE của tinh thể LiNH4SO4 ở 413 K; (g) Ảnh 180 độ của các miền sắt điện của tinh thể LiNH4SO4; (h) Tinh thể LiNH4SO4 miền đơn
Hình 3 (a) Phổ truyền tia cực tím sâu của tinh thể LiNH4SO4; (b) Vệt tạo tinh thể LiNH4SO4; (c) Ảnh kính hiển vi quang học của tinh thể LiNH4SO4 sau khi bị phá hủy bởi tia laser nano giây (d) trước và sau (e); Lăng kính tam giác dùng để đo chiết suất của LiNH4SO4 (e) Sự truyền ánh sáng theo hướng (100); (f) Ánh sáng truyền theo hướng (001); (g) (h) Phương trình tán sắc chiết suất của tinh thể LiNH4SO4; (i) Thân chỉ số quang học ở bước sóng 532 nm của tinh thể LiNH4SO4
Hình 4. Các chu trình so khớp pha gần bậc nhất của các quá trình tổng và hiệu tần số của tinh thể LiNH4SO4
Hình 5 Cấu trúc vùng năng lượng điện tử của LiNH4SO4; (b) mật độ trạng thái/mật độ riêng phần của biểu đồ trạng thái của LiNH4SO4; (c) HOMO của LiNH4SO4; (d) LUMO của LiNH4SO4
