山东大学路大治教授、于浩海教授团队在中波红外氧化物非线性光学晶体方面取得新进展

近日，晶体材料全国重点实验室路大治教授、于浩海教授研究团队在硅酸镓镧族氧化物非线性光学晶体研究中取得新进展。相关研究以“La₃ZrGa₅O₁₄: Band-Inversion Strategy in Topology-Protected Octahedron for Large Nonlinear Response and Wide Bandgap” 为题发表在Angewandte Chemie International Edition。于浩海教授为该论文的通讯作者，路大治教授为第一作者，山东大学为第一完成单位。

能带反转策略实现激光损伤阈值（LDT）和非线性响应（SHG）的协同提升

中波红外激光处于大气透射窗口且与多种分子振动频率对应，在光电对抗、环境监测等领域有重要需求，用以变频和放大的非线性光学晶体是中波红外激光发展的关键材料之一。通常，氧化物晶体由于多声子吸收效应较强，其透过范围往往难以突破5微米及以上波长，而半导体晶体的窄带隙又使其激光损伤阈值一般较低，难以支撑中波红外激光的功率攀升。同时，相关研究还受禁带宽度与非线性系数间本征倒置关系的制约，因此，兼具高激光损伤阈值、大非线性光学系数的中波红外非线性晶体一直是本领域的研究热点和难点。

该研究团队长期从事激光与非线性光学晶体研究，近年来，从声子角度入手，建立了中波红外氧化物晶体的设计原则，国际首次发现铌酸镓镧族晶体兼具高激光损伤阈值、大非线性光学系数和宽透过的特点，发展了该类晶体大尺寸生长技术，获得国际最大尺寸光学晶体，设计了非线性光学器件并实用。在此基础上，本文创新性地提出了以拓扑对称保护的氧八面体来提供电子能带反转的设计策略，将活性的4d电子轨道转移到导带底部，获得了一种综合性能优秀的非线性光学晶体La3ZrGa5O14(LGZr)，协同提升了其激光损伤阈值和非线性响应，是已发现的该族晶体中具有最强非线性响应、最宽带隙和最高激光损伤阈值的材料，相关研究为中波红外氧化物非线性晶体设计提供了新范式，且在中波红外超快超强激光的放大和频率变换等重大工程中有重要的应用潜力。

相关工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、泰山学者攀登计划、山东省重点研发计划、山东省自然科学基金、晶体材料全国重点实验室的大力支持。