稀土硼酸盐氟化物紫外非线性光学晶体研究获进展

非线性光学（NLO）材料是现代光子技术的核心，促进了激光变频、超快光开关和量子信息处理等的发展。硼酸盐体系因其优异的结构适应性、宽透明窗口和高激光损伤阈值，在短波长（<280nm）NLO材料领域占据极其重要的位置。下一代NLO材料的开发仍然面临一个关键挑战：在保持强烈的二次谐波产生（SHG）效应的同时，拥有可以实现短波长相位匹配的双折射。此前研究表明，混合阴离子基团（如O^2-、F^–、BO₃^3-、BO₃F^4-等）之间的协同相互作用，可能带来前所未有的光学表现。同时，平面π共轭[B₃O₆]基团拥有较大的超极化率和高的极化率各向异性，有助于实现高效SHG和满足短波长相位匹配的双折射。

中国科学院新疆理化技术研究所科研团队在协同优化策略的指导下，合成了三种新型稀土金属硼酸盐氟化物，K₂GdB₃O₆F₂、Rb₂LuB₃O₆F₂和Cs₂LuB₃O₆F₂。实验表明，这三种化合物都表现出小于200nm的短截止边，其中Cs₂LuB₃O₆F₂表现出1.5倍于KH₂PO₄的实验倍频效应。计算显示，Rb₂LuB₃O₆F₂和Cs₂LuB₃O₆F₂有潜力通过Nd：YAG激光器的五次谐波产生过程，直接输出213nm的相干光。更重要的是，三种化合物的结构演化表明，稀土金属多面体配位严重影响[B₃O₆]基团的排列和取向，对结构最终的对称性起着决定性作用。

相关研究成果发表在《先进功能材料》（Advanced Functional Materials）上。研究工作得到国家自然科学基金、中国科学院战略性先导科技专项以及新疆维吾尔自治区自然科学基金等的支持。

论文链接

[B₃O₆]基团在中心对称和非中心对称结构中的配位敏感性