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May 07, 2023

Profondo

Light Publishing Center, Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics And

Centro editoriale leggero, Istituto di ottica di Changchun, meccanica e fisica fine, CAS

immagine: (a) diagramma di flusso di screening "peeling cipolla" per cristalli DUV NLO. (b), (c), (d), coordinate dei criteri chiave (I, II, III) e strutture corrispondenti di cristalli DUV NLO "pseudo", "possibili" e "promettenti".vedere di più

Credito: di Lei Kang e Zheshuai Lin

L'ottica non lineare svolge un ruolo importante nell'ottica moderna e nella tecnologia laser. La tecnologia ottica non lineare (NLO) è un mezzo importante per estendere la lunghezza d'onda del laser. I cristalli NLO sono materiali di base per la realizzazione della tecnologia NLO. Nella regione spettrale dell'ultravioletto profondo (DUV) con lunghezze d'onda inferiori a 200 nm, i cristalli NLO sono i dispositivi principali per realizzare l'uscita laser DUV ad alta potenza. Il laser a stato solido DUV risultante ha importanti applicazioni in campi tecnologici all'avanguardia come la medicina, la microlavorazione, la litografia, la fotochimica, la spettroscopia e la microscopia. Ad oggi, il cristallo KBe2BO3F2 (KBBF) è l'unico cristallo DUV NLO e fornisce un potente strumento per esplorare il mondo materiale. Tuttavia, a causa della sua abitudine a strati, la crescita di singoli cristalli KBBF su larga scala incontra difficoltà. Inoltre, lo sviluppo della scienza DUV richiede cristalli DUV NLO con lunghezze d'onda di uscita più corte ed effetti NLO più forti per soddisfare le esigenze di laser di maggiore precisione e potenza più elevata. Pertanto, è di grande importanza continuare a esplorare i cristalli DUV NLO per sostituire KBBF nelle capacità di crescita dei cristalli o per superare KBBF nelle proprietà NLO.

In un nuovo articolo pubblicato su Light Science & Application, Lei Kang e Zheshuai Lin dell'Istituto tecnico di fisica e chimica, Accademia cinese delle scienze, Cina hanno chiarito i criteri chiave di prestazione e le basi concettuali fondamentali dei cristalli DUV NLO esaminando le attuali sperimentazioni e teoriche progresso. Hanno inoltre discusso dello sviluppo delle "correlazioni struttura-proprietà" DUV NLO basate sui metodi dei principi primi e di come ciò abbia suscitato interesse nei materiali correlati, nonché delle future direzioni di esplorazione nel campo dei cristalli DUV NLO.

I criteri prestazionali chiave includono l'effetto dij della generazione della seconda armonica (SHG), il coefficiente SHG effettivo deff, la lunghezza d'onda di taglio trasparente UV λUV e la lunghezza d'onda di taglio accoppiabile in fase (PM) λPM. Negli ultimi due decenni, sebbene sia stato sintetizzato e caratterizzato un gran numero di composti, ci sono pochissimi cristalli DUV NLO veramente "promettenti". Per raggiungere i criteri "promettenti", dobbiamo comprendere i due concetti fondamentali di "adattamento di fase" e "SHG efficace". Secondo il processo di screening "sbucciare la cipolla" mostrato inFigura 1, attraverso lo screening strato per strato dei criteri prestazionali chiave e la graduale introduzione dei concetti fondamentali, le prestazioni teoriche dei cristalli DUV NLO possono essere valutate efficacemente.

Numerosi materiali NLO sono semplicemente trasparenti nella regione DUV, ma non possono ottenere un output DUV PM efficace; sono essenzialmente cristalli "pseudo" DUV NLO. Alcuni cristalli sembrano soddisfare i criteri di prestazione DUV NLO, ma le loro effettive capacità di conversione coerente DUV sono insufficienti soprattutto per SHG; appartengono fondamentalmente ai "possibili" cristalli DUV NLO. Attualmente, solo i cristalli in grado di ottenere un'emissione DUV PM efficace con sufficiente efficienza di conversione SHG sono chiamati cristalli DUV NLO "promettenti". Va sottolineato che l'esplorazione dei materiali dei cristalli DUV NLO deve basarsi su questi concetti rigorosi e criteri autoconsistenti. Senza rispettare i concetti, non è strettamente un cristallo DUV NLO; senza soddisfare i criteri, non è possibile ottenere un risultato coerente DUV veramente efficiente.

Prima del 2013, non erano stati scoperti materiali che potessero superare le proprietà DUV NLO di KBBF. È una grande sfida continuare a migliorare le prestazioni DUV NLO oltre KBBF. Per affrontare questa sfida, sono state proposte diverse strategie di progettazione per promuovere il miglioramento delle prestazioni dei cristalli DUV NLO. Combinando modelli avanzati e simulazioni basate sui principi primi, sono stati valutati, progettati e previsti una serie di potenziali cristalli DUV PM SHG, alcuni dei quali sono stati parzialmente verificati sperimentalmente.