基于形状与拓扑结构的深紫外非线性光学晶体设计：构建[CH3PO3]–金属-氧层状框架以提升二次谐波生成（SHG）效果及深紫外（DUV）光透过率

《Laser & Photonics Reviews》：Shape-Topology-Driven Design of Deep Ultraviolet Nonlinear Optical Crystals: Engineering [CH3PO3]–Metal-Oxo Layered Frameworks for Enhanced SHG, DUV Transparency

设计深紫外非线性光学晶体需平衡高非线性系数、低双折射率和宽波段透明性。本文提出形状拓扑驱动策略，利用具有C3v对称性的极性四面体结构[CH3PO3]2-单元（其HOMO-LUMO间隙超宽且二阶非线性系数达180 a.u.），结合Mg2+/Zn2+金属氧多面体，成功合成非中心对称晶体CPM（SHG效率1.8×KDP）和CPZ（SHG效率3.1×KDP），其DUV透明度<200 nm，双折射率较低，为深紫外NLO材料设计提供新思路。

　　

摘要

设计兼具高非线性系数、适中双折射率和优异深紫外（DUV）透明度的非线性光学（NLO）晶体仍然是一个重大挑战。本文提出了一种基于形状与拓扑结构的策略，利用具有C3v对称性的极性共价四面体单元来设计新型的DUV NLO材料。选择[CH3PO3]2?作为关键构建单元，该单元表现出优异的光学性能，包括超宽的HOMO-LUMO能隙和高极化率（180 ?）。与传统的D3h π-共轭单元（如[CO3]和[BO3]）相比，[CH3PO3]2?的性能更为突出。将[CH3PO3]2?与Mg2+和Zn2+金属氧多面体结合，成功合成了两种非中心对称晶体：Mg(CH3PO3)·H2O (CPM)和Zn(CH3PO3)·H2O (CPZ)。得益于这些材料中NLO活性层[MC(CH3PO3)·H2O (M = Mg, Zn)]∞的存在，它们展现了出色的DUV透明度（< 200 nm）、适中的双折射率以及令人印象深刻的二次谐波（SHG）响应（CPM为1.8 × KDP，CPZ为3.1 × KDP），这标志着DUV NLO材料设计领域的重大进展。

利益冲突

作者声明不存在任何利益冲突。