论文部分内容阅读
通过红外非线性光学晶体对现有激光进行频率变换是产生红外波段激光的一种重要方法。因此，研究红外非线性光学晶体材料的激光输出性能具有重要的应用价值。BaGa4Se7晶体是最近发现的一种综合性能优秀的新型红外非线性光学晶体材料，本论文研究了高质量BaGa4Se7晶体的生长和红外激光输出性能;同时，以硫族化合物为研究对象，对新型红外非线性光学晶体材料和光催化材料做了探索研究。本论文主要研究内容和成果如下: 采用布里奇曼法稳定生长出φ40 mm×120 mm的高质量BaGa4Se7晶体。加工出晶体棱镜，测试了BaGa4Se7晶体的变温折射率并拟合出Sellmeier方程。表征了用1.064μm和2.09μm激光泵浦BaGa4Se7晶体的OPO激光输出性能。由1.064μm Nd∶YAG激光器泵浦BaGa4Se7晶体，当泵浦光重复频率为10Hz，能量为61.6mJ时，在波长为4.11μm处获得了最大脉冲能量为2.56 mJ的闲频激光输出，峰值功率大约为256 kW，对应光-光转化效率为4.16％。实现可调谐的波长范围是3.12-5.16μm。 首次研究由2.1μm的Q开关Ho:YAG激光器泵浦BaGa4Se7晶体的OPO。当重复频率为500 Hz时，实现1.55 W的中红外输出。光-光转换效率为14.4％，斜率效率为19.9％。用90/10剪切估计中红外辐射的M2因子为5.2。通过改变相位匹配角度，信号波长可调谐范围是3.49-4.13μm，对应于闲频光的波长为5.19-4.34μm。 探索含Hg硫族化合物，发现了BaHgSe2，属Pmc21空间群。结构中具有独特的π-共轭平面三角形基团[HgSe3]4-，其为新型红外非线性光学功能基团。BaHgSe2的带隙为1.56 eV，具有同成分熔融的特点，熔点为638℃，可用布里奇曼法生长单晶。理论计算出晶体的双折射较大，表明晶体在红外波段可以实现相位匹配，计算的倍频系数非线性系数d33=39.87 pm/V，其中[HgSe3]4-贡献79％。用2.09μm基频激光测试BaHgSe2的粉末倍频效应是同粒径AgGaS2效应的1.5倍。 合成了SnGa2GeSe6，属正交晶系Fdd2空间群。结构中SnSe5三角双锥和MSe4(M=Ga，Ge)四面体作为基本建筑单元。这些SnSe5三角双锥和MSe4四面体彼此连接，产生三维骨架。SnGa2GeSe6的带隙为1.98 eV。虽然SnSe5三角双锥和MSe4四面体都是微观非线性光学功能基团，但是它们在结构中的宏观堆积（包括相对取向和堆积密度）不利于产生大的非线性光学效应(仅1/10AgGaS2)。 探索含As硫族化合物，发现了Ba2AsGaSe5，属正交晶系Pnma空间群。结构具有[AsGaSe5]4-零维阴离子基团，由一个GaSe4四面体和AsSe3三角锥通过共边连接形成。[AsGaSe5]4-基团又进一步被Ba2+分开反向排列。Ba2AsGaSe5的带隙为1.39 eV。该化合物在＞420nm光照条件下光催化降解RhB的性能是同等条件下P25的6.5倍。