Ikke-lineære optiske krystaller har viktige anvendelser innen laservitenskap og teknologifelt som litografi, kommunikasjon, mikromaskinering og laserskjerm. Fasetilpasning er en nødvendig betingelse for at ikke-lineære optiske krystaller skal realisere effektiv konvertering, og tradisjonelle ikke-lineære optiske krystaller er vanligvis basert på prinsippet om dobbeltbrytning for å realisere fasetilpasning. Imidlertid, i det dype ultrafiolette (UV) båndet, hvor bølgelengden er mindre enn 200 nm, er et stort antall ikke-lineære optiske krystaller vanskelig å realisere dobbeltbrytende fasetilpasning på grunn av deres lille dobbeltbrytning. Kvasifasetilpasningsteknikken realiserer den effektive utgangen av oktavlys ved å konstruere en struktur der de ikke-lineære koeffisientene periodisk reverseres i krystallen, slik at energien kontinuerlig strømmer fra grunnfrekvenslyset til oktavlyset. Sammenlignet med dobbeltbrytende fasetilpasning, har denne teknikken fordelene ved ikke å stole på materialets dobbeltbrytning, matche et bredt bølgelengdebånd og være i stand til å utnytte den maksimale ikke-lineære koeffisienten til materialet. Imidlertid er ikke-lineære optiske krystaller egnet for kvasi-fase-tilpasset utgang i det dype ultrafiolette båndet fortsatt svært sjeldne.
Nylig har forsker Zhao Sangen & Luo Junhua fra Fujian Institute of Materials and Structures, Chinese Academy of Sciences (FIMSTEC) med suksess dyrket tommeskala transparente LiNH4SO4-enkeltkrystaller i vandig løsning og bekreftet ferroelektrisiteten til LiNH4SO4-krystaller ved å bruke elektrisk hystereseløkke og variabel temperatur ikke-lineær optisk test osv. LiNH4SO4-krystallene er preget av høy grad av ferroelektrisitet og høy grad av ikke-linearitet. Enkeltdomeneprøver av LiNH4SO4 ble oppnådd ved å bruke en ensrettet polarisasjonsspenning, og LiNH4SO4-krystallene har et overføringsområde så kort som 171 nm, moderate andre-ordens ikke-lineære optiske koeffisienter (0.33 pm/V), og tåler laserbestråling på opptil 1,47 GW/cm-2 uten skade. Den bølgelengdeavhengige brytningsindeksen til LiNH4SO4 ble nøyaktig bestemt og dispersjonsligningen til LiNH4SO4 ble tilpasset ved metoden med minimumsvinkel av avbøyning, og resultatene viser at LiNH4SO4 har en svært lav brytningsindeksdispersjon, noe som resulterer i en førsteordens kvasi- fasetilpasningsperiode for krystallen på 1,4 µm ved den doblete lysbølgelengden på 177,3 nm. Resultatene ovenfor indikerer at LiNH4SO4 er en sterk kandidat for dyp-ultrafiolett laserfrekvenskonvertering. Resultatene av første-prinsippberegninger indikerer at den ikke-lineære optiske responsen og det brede overføringsområdet til LiNH4SO4 hovedsakelig stammer fra bidraget fra SO42-tetraedriske motiver, mens dens lavere brytningsindeksspredning hovedsakelig skyldes den svært lokaliserte naturen til Li+- og NH4+-kationer og elektronene til SO42--motiver i LiNH4SO4-krystallen. Dette funnet gir en effektiv måte å utvikle dyp-ultrafiolette kvasi-fase-tilpassede ikke-lineære optiske krystaller.
Dr. Yipeng Song, en doktorgradsstudent ved University of Chinese Academy of Sciences, er den første forfatteren av artikkelen, og førsteamanuensis Bingxuan Li ved Institute of Physics and Structures, Fujian, Kina, er med-korresponderende forfatter av papir.
Figur 1 (a) Sammenligning av dobbeltbrytende fasetilpasset og kvasifasetilpasset; (b) LiNH4SO4-krystall i ferroelektrisk fase; (c) krystallstruktur av cis-elektrisk fase
Fig. 2 (a) LiNH4S04-krystaller dyrket av kimkrystaller i retningen [011] (b) [001]-retningen; (c) LiNH4SO4-krystaller med ikke-lineær optikktest med variabel temperatur; (d) syklustest for ikke-lineær optikk med variabel temperatur; (e) PE- og JE-kurver av LiNH4SO4-krystaller ved 413 K; (g) 180 graders bilde av ferroelektriske domener av LiNH4SO4-krystaller; (h) Enkeltdomene LiNH4SO4-krystaller
Fig. 3 (a) Dyp UV-transmisjonsspektrum av LiNH4SO4-krystall; (b) LiNH4SO4 krystall Maker strek; (c) Optisk mikroskopibilde av LiNH4SO4-krystall etter å ha blitt skadet av en nanosekundlaser (d) før og etter (e); Trekantet prisme brukt for brytningsindeksen til LiNH4SO4 (e) Passering av lys i (100) retning; (f) Passering av lys i (001) retning; (g) (h) brytningsindeksdispersjonsligning for LiNH4SO4-krystall; (i) Optisk indekslegeme ved 532 nm av LiNH4SO4-krystall
Fig. 4 Førsteordens kvasifasetilpasningssykluser av sum- og differansefrekvensprosessene til LiNH4SO4-krystaller
Fig. 5 Elektronisk energibåndstruktur av LiNH4SO4; (b) tetthet av tilstander/partiell tetthet av tilstander diagram av LiNH4SO4; (c) HOMO av LiNH4S04; (d) LUMO av LiNH4SO4
