中科院理化所最新进展：中红外氧化物非线性光学晶体研究取得新突破

为展现我国在非线性光功能材料领域的创新活力，中国科学院理化技术研究所王晓洋研究员、夏明军研究员团队系统综述了氧化物晶体在红外非线性光学领域的研究进展。相关综述文章被遴选为《中国激光》“非线性光功能材料与器件”专题内封面文章。文章阐述了红外非线性光学晶体在中红外波段，尤其是3~5 μm大气窗口的重要应用价值及其面临的关键挑战。

01 背景介绍

中红外激光在军事对抗、大气遥感、医疗诊断及基础科研等领域具有重要应用价值。非线性光学晶体作为全固态激光器频率转换的核心元件，其性能直接决定了中红外激光技术的发展水平。

中红外氧化物晶体因优异的机械加工性能、高热导率、良好化学稳定性及宽光学透过范围而备受关注；相较于硫化物、卤化物，其具有更高的激光损伤阈值且易生长大尺寸单晶，在高功率激光输出方面优势显著。如何在宽透过、大非线性系数与适中双折射之间取得平衡，是当前研究的核心挑战。

02 关键技术进展

团队从三个方向对中红外氧化物晶体的研究现状展开了系统阐述：

传统红外氧化物：以铌酸盐和磷酸盐为代表的传统氧化物晶体，凭借宽带隙、高损伤阈值和良好的物化稳定性，在紫外-可见-近红外波段确立了重要地位。例如，铌酸锂（LN）是电光调制器与周期极化器件的核心材料；同型化合物KTA红外截止边红移至约5 μm，成为3~5 μm中红外激光的关键材料。

硅酸镓镧类化合物：该类晶体的突出优势在于多位置阳离子的广泛可取代性，通过离子工程可实现多项性能的系统调控。代表性晶体LGS、LGN和LGT已成功应用于电光Q开关、被动锁模飞秒激光器等领域，展现出优异的综合性能。

含二阶姜-泰勒效应及其他阳离子的体系：研究者通过调控阳离子种类和阴离子配位环境实现性能优化。例如，含d?阳离子的钛硅酸盐RLTG，实现0.285.58 μm透光范围，兼具宽带隙与35 μm全覆盖。此外，作者团队通过能带-取向共约束策略制备的Rb3ZnV4O12Br，兼具较强倍频效应、较宽带隙、适中的双折射与较长的红外截止边，且有利于大尺寸晶体生长。

03 思考与展望

中红外氧化物非线性光学晶体的未来发展趋势是从微观设计到宏观晶体，从分子结构到晶体性能，从实验室到工业化。在材料设计层面，基于第一性原理计算、高通量筛选与机器学习深度融合的理性设计方法，将加速新材料研发；在应用推进层面，加强大尺寸单晶生长工艺与器件集成技术研究，将推动高性能材料向实用化中红外激光系统转化。

作为深耕光电领域的专业服务商，芬创科技紧跟前沿学术与产业动态，致力于为科研及工业客户提供高品质的光学镜片、光电元器件及光学系统整体解决方案。芬创科技将持续关注中红外氧化物晶体等前沿材料的产业化进程，以优质的产品与专业的技术服务，助力我国中红外激光技术与高端光电装备的创新发展。

参考来源：“爱光学”公众号