深紫外非線性光學(xué)材料在全固態(tài)激光技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用中扮演著十分重要的角色。但是由于嚴(yán)苛的性能指標(biāo)，深紫外非線性光學(xué)材料十分罕見(jiàn)。KBe2BO3F2(KBBF)晶體是迄今為止..實(shí)用的深紫外非線性光學(xué)晶體材料，在諸多高新技術(shù)(例如角分辨能譜儀)中具有非常重要的應(yīng)用價(jià)值。

      按照陰離子基團(tuán)理論，深紫外非線性光學(xué)性能之所以罕有，是因?yàn)榇蟛糠株庪x子基團(tuán)的光學(xué)帶隙和雙折射率不能同時(shí)滿足充分大的條件。因此，大部分非線性光學(xué)結(jié)構(gòu)要么帶隙較小(比如β-BaB2O4晶體)而無(wú)法有效透過(guò)深紫外激光，要么雙折射過(guò)低(比如LiB3O5晶體)而不能實(shí)現(xiàn)倍頻過(guò)程所必須的相位匹配。

      所以，為了獲得優(yōu)良的深紫外非線性光學(xué)材料，研究者們一直想獲得既具有超大帶隙，又擁有充分雙折射，同時(shí)還能呈現(xiàn)足夠非線性光學(xué)效應(yīng)的晶體結(jié)構(gòu)。

      近日，中科院理化所林哲帥研究員與北京計(jì)算科學(xué)研究中心康雷博士、黃冰研究員合作，通過(guò)將具有一維鏈狀特征的極性基團(tuán)整合到準(zhǔn)一維的極性聚合物長(zhǎng)鏈結(jié)構(gòu)中，從而既有效地?cái)U(kuò)展了非線性光學(xué)體系的結(jié)構(gòu)各向異性(從而增大雙折射率)，又較大地飽和了結(jié)構(gòu)中的非鍵軌道(從而提高光學(xué)帶隙)。

      在此設(shè)計(jì)策略的指導(dǎo)下，研究者系統(tǒng)地聚焦到了具有極性鏈狀排列的磷腈聚合物體系，并成功地在晶體數(shù)據(jù)庫(kù)中找到了一種已被實(shí)驗(yàn)報(bào)到的無(wú)機(jī)晶型聚合物結(jié)構(gòu)——雙氟磷腈PNF2——其結(jié)構(gòu)非常符合本工作的研究者關(guān)于深紫外非線性光學(xué)聚合物材料的理論構(gòu)想。

      而且系統(tǒng)的理論計(jì)算顯示，雙氟磷腈呈現(xiàn)了較大的晶體帶隙(7.8~8.7電子伏)，較大的倍頻效應(yīng)(1.2~1.9倍KBBF)，較大的雙折射率(0.10~0.16在400納米)，以及較短的深紫外倍頻輸出波長(zhǎng)(142~158納米)，是一個(gè)在深紫外非線性光學(xué)的理論性能上略優(yōu)于KBBF晶體的材料。

      值得注意的是，雙氟磷腈是..個(gè)具有深紫外非線性光學(xué)性能的非氧化物材料和聚合物材料。作為一個(gè)前瞻性的理論工作，其為深紫外非線性光學(xué)材料的研究提供了一個(gè)新的研究思路和策略參考。