Das Xinjiang-Institut für physikalische und chemische Technologie macht Fortschritte bei der Forschung zu nichtlinearen optischen Infrarotmaterialien mit großer Bandlücke, die gegen Laserschäden resistent sind

Als Schlüsselelement für die Laserfrequenzumwandlung haben nichtlineare optische Infrarotkristalle ein breites Anwendungsspektrum in Festkörperlasern. Zu den derzeit kommerziell erhältlichen nichtlinearen optischen Kristallen im mittleren und fernen Infrarot gehören hauptsächlich Verbindungen wie AgGaS2, AgGaSe2 und ZnGeP2 mit diamantähnlichen Strukturen. Aufgrund ihrer jeweiligen intrinsischen Leistungsmängel, wie z. B. einer niedrigen Laserzerstörschwelle und einer Zwei-Photonen-Absorption aufgrund einer geringen Bandlücke, können diese Materialien jedoch die Anforderungen der aktuellen Entwicklung der Infrarot-Lasertechnologie nicht mehr vollständig erfüllen. Es besteht ein dringender Bedarf an der Entwicklung nichtlinearer optischer Infrarotmaterialien mit großer Bandlücke und hervorragender Leistung.
Mit finanzieller Unterstützung des National Young Talents Program, der National Natural Science Foundation of China und der Natural Science Foundation der Autonomen Region Xinjiang haben Forscher am Crystal Materials Research Center des Xinjiang Institute of Physical and Chemical Technology der Chinesischen Akademie der Wissenschaften einen Entwurf entworfen und synthetisierte zwei Beispiele für nichtlineare optische Infrarotmaterialien mit großer Bandlücke, Rb2CdSi4S10 und Na3SiS3F, unter Verwendung von [Si4S10] supertetraedrischen Substraten und [SiS3F] gemischten anionischen tetraedrischen Substraten. Die Bandlücken dieser beiden Verbindungen betragen 4,23 eV bzw. 4,75 eV, wobei Rb2CdSi4S10 einen moderaten multiplikativen Effekt hat: 0,6 × AGS; die Schadensschwelle liegt bei etwa 5 × AGS. Die Ergebnisse theoretischer Berechnungen zeigen, dass die supertetraedrische Matrix [Si4S10] und die gemischte anionische tetraedrische Matrix [SiS3F] die Bandlücken von Schwefelverbindungen effektiv vergrößern können. Die Ergebnisse zeigen, dass das supertetraedrische Substrat [Si4S10] und das gemischte anionische tetraedrische Substrat [SiS3F] die Bandlücke von Schwefelverbindungen effektiv vergrößern können, was eine Referenz für das Design schadensresistenter nichtlinearer optischer Infrarotmaterialien mit großer Bandlücke darstellt.
Die Ergebnisse wurden in Materials Horizons (Mater. Horiz. 2023, 10, 619) bzw. Advanced Optical Materials (Adv. Opt. Mater. 2023, DOI: 10.1002/adom. 202300736.) veröffentlicht. Die Ergebnisse werden in den folgenden Beiträgen dargestellt. Jiazheng Zhou, ein Ph.D. Student, ist der Erstautor dieser beiden Arbeiten, und Junjie Li und Shili Pan sind die entsprechenden Autoren.