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May 07, 2023

Profundo

Light Publishing Center, Instituto Changchun de Óptica, Mecânica Fina e

Light Publishing Center, Instituto Changchun de Óptica, Mecânica Fina e Física, CAS

imagem: (a) Fluxograma de triagem "descascando cebola" para cristais DUV NLO. (b), (c), (d), coordenadas de critérios-chave (I, II, III) e estruturas correspondentes de cristais DUV NLO "pseudo", "possíveis" e "promissores".Veja mais

Crédito: por Lei Kang e Zheshuai Lin

A óptica não linear desempenha um papel importante na óptica moderna e na tecnologia laser. A tecnologia óptica não linear (NLO) é um meio importante para estender o comprimento de onda do laser. Os cristais NLO são materiais básicos para a realização da tecnologia NLO. Na região espectral do ultravioleta profundo (DUV) com comprimentos de onda menores que 200 nm, os cristais NLO são os principais dispositivos para realizar a saída do laser DUV de alta potência. O laser de estado sólido DUV resultante tem aplicações importantes em campos tecnológicos de ponta, como medicina, microusinagem, litografia, fotoquímica, espectroscopia e microscopia. Até o momento, o cristal KBe2BO3F2 (KBBF) é o único cristal DUV NLO, fornecendo uma ferramenta poderosa para explorar o mundo material. No entanto, devido ao seu hábito em camadas, o crescimento de cristais únicos de KBBF em larga escala enfrenta dificuldades. Além disso, o desenvolvimento da ciência DUV requer cristais DUV NLO com comprimentos de onda de saída mais curtos e efeitos NLO mais fortes para atender às necessidades de lasers de maior precisão e maior potência. Portanto, é de grande importância continuar a explorar os cristais DUV NLO para substituir o KBBF nas habilidades de crescimento do cristal ou para superar o KBBF nas propriedades do NLO.

Em um novo artigo publicado na Light Science & Application, Lei Kang e Zheshuai Lin, do Instituto Técnico de Física e Química, Academia Chinesa de Ciências, China, esclareceram os principais critérios de desempenho e a base conceitual central dos cristais DUV NLO, revisando os atuais experimentos e teóricos progresso. Eles também discutiram o desenvolvimento de "correlações de propriedade de estrutura" DUV NLO com base em métodos de primeiros princípios e como isso despertou interesse em materiais relacionados, bem como futuras direções de exploração no campo de cristais DUV NLO.

Os principais critérios de desempenho incluem dij de efeito de geração de segundo harmônico (SHG), deff de coeficiente SHG efetivo, comprimento de onda de corte transparente de UV λUV e comprimento de onda de corte com correspondência de fase (PM) λPM. Nas últimas duas décadas, embora um grande número de compostos tenha sido sintetizado e caracterizado, há muito poucos cristais DUV NLO verdadeiramente "promissores". Para atingir os critérios "promissores", devemos entender os dois conceitos principais de "compatibilidade de fase" e "SHG eficaz". De acordo com o processo de triagem "descascar cebola" mostrado nafigura 1, por meio da triagem camada por camada dos principais critérios de desempenho e da introdução gradual de conceitos básicos, o desempenho teórico dos cristais DUV NLO pode ser avaliado com eficácia.

Numerosos materiais NLO são apenas transparentes na região DUV, mas não conseguem obter uma saída DUV PM efetiva; eles são essencialmente "pseudo" cristais DUV NLO. Alguns cristais parecem atender aos critérios de desempenho DUV NLO, mas suas capacidades reais de conversão coerente DUV são insuficientes, especialmente para SHG; eles basicamente pertencem a "possíveis" cristais DUV NLO. Atualmente, apenas os cristais capazes de alcançar uma saída efetiva de DUV PM com eficiência de conversão SHG suficiente são chamados de cristais DUV NLO "promissores". Deve-se enfatizar que a exploração de materiais de cristais DUV NLO deve se basear nesses conceitos rígidos e critérios autoconsistentes. Sem atender aos conceitos, não é estritamente um cristal DUV NLO; sem atender aos critérios, ele não pode alcançar uma saída coerente DUV verdadeiramente eficiente.

Antes de 2013, nenhum material foi descoberto que pudesse exceder as propriedades DUV NLO do KBBF. É um grande desafio continuar melhorando o desempenho do DUV NLO além do KBBF. Para enfrentar esse desafio, várias estratégias de design foram propostas para promover a melhoria do desempenho dos cristais DUV NLO. Combinando modelagem e simulações avançadas de primeiros princípios, uma série de potenciais cristais DUV PM SHG foram avaliados, projetados e previstos, alguns dos quais foram parcialmente verificados experimentalmente.