数据驱动的新型非线性光学材料理论设计研究进展

非线性光学晶体是全固态激光器的核心器件,在信息技术、国防安全等方面具有广泛且重要的应用。随着高性能计算技术的发展,计算辅助实验的“自上而下”靶向设计逐渐成为非线性光学材料设计的重要组成部分。同时,基于高通量计算获取的大规模结构性能信息,进一步为数据挖掘、机器学习的算法训练提供了坚实的数据基础,促进了材料设计的第四范式的发展。本文从非线性光学晶体的计算材料设计入手,探讨了数据驱动的非线性光学理论设计的新范式,对本团队近年来在高通量筛选、晶体结构预测以及机器学习加速非线性光学材料设计等方向的研究进展进行了综述。

最小二乘法计算晶格参数

最小二乘法是求解精确晶格参数的基本方法。讨论了使用和不使用校正函数情形下的科恩最小二乘法,给出了所有晶系的法方程、晶格参数、误差估计的计算公式,以及计算晶格参数、校正函数参数的阻尼最小二乘迭代算法,该方法具有普适性,有大的收敛范围和快的收敛速度。作为应用例子,计算了数个不同晶系晶体的晶格参数,说明最小二乘法是获得高精度晶格参数的计算方法;用阻尼最小二乘法计算了ChuG校正函数的参数,表明该方法是获得校正函数参数的有效方法。

掺杂三价铽离子的碱土金属钨酸盐的光谱特性研究

本文合成了一系列掺杂三价铽离子的碱土金属钨酸盐,测定了晶体的X射线粉末衍射数据及发射光谱和激发光谱.所合成的化合物均属四方晶系,I4_1/a空间群,晶胞多数随金属离子半径的增大而增大.研究了在这些晶体中三价铽离子~5D_3→~7F_i和~5D_4→~7F_i跃迁发射的激发态及其能量传递机理和浓度猝灭机制.讨论了发射光谱和激发光谱与铽离子浓度、金属离子半径及铽离子在晶体中的溶解度的关系.

Mg^(2+)对Fe∶LiNbO_3晶体光折变响应时间的影响

在 Fe∶Li Nb O3 中掺进 3 mol%和 6mol% Mg O,生长了 Mg∶Fe∶L i Nb O3 晶体 .测试了 Mg∶Fe∶Li Nb O3 晶体抗光致散射能力、衍射效率、响应时间和光电导 .推导响应时间与光电导之间的关系 .在 Fe∶Li Nb O3 晶体中掺进 6mol%的 Mg2 + ,它的抗光致散射能力比Fe∶L i Nb O3 晶体提高一个数量级 ,响应速度比 Fe∶Li Nb O3

电光晶体研究究进进展及其对称性性研研究

由电场引起的晶体折射率的变化称为晶体的电光效应,具有电光效应的晶体称为电光晶体。利用电光效应可以制作电光Q开关等重要光电器件。晶体的电光效应及其有效利用,均与其对称性密切相关。本文在综述电光晶体研究进展的基础上,推导了不同晶系中各晶类电光效应类型及其特点,并以电光Q开关的要求为例讨论了晶体的电光效应及其对称性之间的关系。从讨论结果得出:立方晶系Td-ˉ43m,三方晶系C3v-3m,四方晶系D2d-4ˉ2m,D4v-4mm和六方晶系D3h-6ˉm2,C6v-6mm点群中相应电光系数的横向或纵向效应可能有实用价值。在考虑旋光性影响后,立方晶系T-23,三方晶系D3-32,四方晶系中S4-4ˉ,六方晶系中C3h-6ˉ等也有可能应用。但是,电光晶体的应用与许多因素相关,对称性只是其中一个基本条件。

掺Yb^(3+)激光晶体的研究进展

本文简要介绍了掺Yb3+ 激光晶体的发展历史 ;从Yb3+ 离子的能级结构出发 ,阐述了掺Yb3+激光材料的特点 ,介绍了几种掺Yb3+ 激光晶体的光谱特性 ,简述了近年来掺Yb3+ 激光晶体激光性能的研究进展 ;对掺Yb3+ 激光晶体未来的发展做了展望。

ZnS：Mn纳米晶的制备与光学性质

用共沉淀法制备出ＺｎＳ及ＺｎＳ：Ｍｎ纳米晶粉末．由ＸＲＤ和ＩＲ研究样品的结构性能证明已制备出立方结构的ＺｎＳ：Ｍｎ纳米晶．利用荧光分光光谱仪（ＦＤＳ）测定样品的激发光谱和发射光谱．发现其光学性能明显不同于体材料的．

光折变晶体均匀多重全息图存储研究

本文推导了光折变晶体角度编码多重全息存储中写入均匀光栅时的曝光时间递推公式．分析了散射效应对光栅写入时间常数的影响和写入光耦合对光栅振幅的影响，给出了两种因素影响下曝光时间计算的修正递推公式．数值计算结果表明，按照这种修正公式计算所得多重存储中各幅全息光栅振幅不仅均匀性好，而且振幅相对较大，这种曝光方法有利于提高晶体的存储容量．实验中以递推公式所得时间进行曝光记录，在厚度为０．

三硼酸锂（LBO）晶体生长基元与形貌

本文采用称重法研究了ＬＢＯ（ＬｉＢ３Ｏ５）晶体中（１００）、（０１０）、（００１）和（０１１）方向的生长速率与溶液过饱和度之间的关系，发现在相同过饱和度的条件下，同一晶体的不同界面上出现了粗糙化相变和二维成核的不同生长机制，这种现象用负离子配位体生长基元的观点得到了圆满的解释。通过对溶液结构的测定，证实了溶液中存在着Ｂ－Ｏ３三角形和Ｂ－Ｏ４四面体结构。它与晶体中的配位结构相同，这两种配位体结合而形成的（Ｂ３Ｏ７）５－与晶体中的络阴离子环相当。环状络阴离子有两个非对称分布的悬键，具有偶极子的特征，正、负相连构成链状结构，与环链垂直的晶面显粗糙化相变的特征，与环链平行的晶面显二维成核的特征。

双轴同步控制技术的研究

介绍了基于Linux数控系统的双轴同步控制技术,双轴同步控制方式以及同步补偿算法,并在华中数控的世纪星数控系统平台下对同步控制方式及算法进行了调试、验证。

温度对光伏光折变晶体中高斯光束演化的影响

为了得到温度对有偏压光伏光折变晶体中高斯光束演化特性的影响结果,基于暗辐射强度对温度的依赖关系,研究了不同温度下高斯光束在光伏光折变晶体中的动态演化。将高斯光束作为入射波,采用数值方法求解波传播方程,当温度是300K时,与晶体匹配的高斯光束可演化成稳定的屏蔽光伏明孤子;当温度变化较大时,高斯光束变得不稳或者发散。在失配的条件下,通过改变晶体的温度能使一不稳定的高斯光束变成一稳定的明孤子波。结果表明,这种温度增加或减少控制下的光伏光折变晶体中高斯光束演化特性的改变有望应用于温控光器件。

磷酸二氢钾晶体飞切过程中温度场的分布及其对切屑形貌的影响

研究了磷酸二氢钾(KDP)晶体飞切加工过程中温度场的分布,探索了切削温度对KDP晶体切削过程的影响。首先,采用热力耦合有限元分析对KDP晶体切削过程进行了仿真,获得了不同切削深度下材料内部温度场的分布。分别使用飞切机床和纳米压痕仪在不同速度下切削KDP晶体,发现不同切削速度下形成的切屑的微观形貌存在显著差异,分析指出这可能是由于在不同切削速度下切削区域温度差异导致的。最后,对低速加工过程中获得的切屑进行加热试验,并观测了不同温升条件下切屑微观形貌的变化。飞切加工仿真实验显示:当切深为200nm时,切削区域的温度达到110℃;而实际实验结果表明:当温度超过100℃时,切屑的微观形貌会发生明显变化。综合仿真及实验结果可知:在KDP晶体飞切加工过程中切削区域的温度将超过100℃,因此在对KDP晶体切削机理进行研究时,必须考虑温度对材料力学性能及其去除过程的影响。

硼酸镧钙晶体的提拉法生长研究

首次采用提拉法生长La2 CaB10 O19晶体 .配制不同摩尔比的CaB4O7和LaB3 O6原料进行晶体生长 ,发现CaB4O7∶LaB3 O6在 1 .3∶2～ 1∶1范围内都能获得La2 CaB10 O19的单晶 .研究了晶体生长工艺 ,在CaB4O7∶LaB3 O6=1 .3∶2时获得 1 4mm× 2 5mm的透明单晶 .生长过程中靠近液面温度梯度为 30℃ /cm～ 6 0℃ /cm ,晶体转速为 1 0r/min～ 2 5r/min ,提拉速度不大于 1mm/h .在不同次的生长中 ,所获得的晶体表现发育完好的 {0 0 1 }板面 .

晶体电光调制实验中半波电压的测定

介绍了晶体电光调制实验中两种测量半波电压的方法,并对它们进行了比较和分析,在此基础上提出了对实验装置的改进意见.

双掺KTP型系列晶体生长及其光谱特性

采用高温溶液缓慢降温旋转籽晶法生长出一系列双掺ＫＴＰ型晶体，研究了晶体生长习性，测定了所有晶体的晶胞参数、粉末倍频效应和晶体中掺质离子的浓度．测试了晶体的Ｒａｍａｎ光谱、激发光谱、发射光谱和 ３５０～８００ ｎｍ之间的光透过曲线．研究了双掺 ＫＴＰ型系列晶体的荧光性质．探索了新型激光自信频晶体存在的可能性．

钛宝石泵浦的Yb∶YAG晶体的激光性能

测量了Ｙｂ∶ＹＡＧ晶体的光谱特性，用Ａｒ＋离子泵浦钛宝石激光器作为泵浦源泵浦Ｙｂ∶ＹＡＧ晶体，采用平平腔设计，当输出耦合镜Ｔ１．０５３μｍ＝４．２６％，泵浦功率为１４１０ｍＷ时，得到３２０ｍＷ１．０５３μｍ的高效ＣＷ激光输出，斜率效率为５４％。

掺铌KTP晶体的缺陷和非线性光学性质

本文报道了对熔盐籽晶法生长的Ｎｂ∶ＫＴＰ晶体的ＸＲＤ、ＤＴＡ、同步辐射形貌术的测试结果和晶体的倍频实验。实验表明，不同掺铌量的ＫＮＴＰ结构在实验误差范围内基本相同；晶体的熔点（分解点）随其中含铌量的增加而提高。Ｘ射线形貌术揭示晶体内部主要缺陷为生长锥界面、生长条纹、包裹体及位错等。报道了利用含铌量为１２．２ｍｏｌ％的Ｎｂ∶ＫＴＰ晶体进行倍频试验结果，并推得其非线性系数为ｄ１５＝（３．７±０．４）×１０－９ＥＳＵ和ｄ２４＝（８．３±０．８）×１０－９ＥＳＵ。

PbF_2：Gd，Eu晶体X射线激发的发射光谱

用脱氧剂非真空环境下、Ｓｔｏｃｋｂａｒｇｅｒ方法生长未掺和掺钆和铕的、浓度范围在０．１～０．２ｗｔ％的ＰｂＦ２：β晶体．本文报导Ｘ射线激发ＰｂＦ２：Ｇｄ晶体的Ｇｄ３＋发射．揭示了分别来自６Ｐ和６Ｉ多重态３１２．５和２７７．４ｎｍ发射带，而６Ｄ→８Ｓ发射被点阵再吸收．６Ｉ的发射强度低于６Ｐ，说明６Ｐ能级优先占据．室温下以Ｘ射线激发在３６８．９和８１４．５ｎｍ之间观察到１４条Ｅｕ３＋离子的荧光线，并指定这些立方Ｅｕ３＋位荧光线．其中，△Ｊ＝１磁偶极线非常强．ＰｂＦ２：０．２ｗｔ％Ｇｄ２Ｏ３的总的发射强度稍高于ＰｂＦ２：０．１ｗｔ％Ｇｄ２Ｏ３．但是，对于ＰｂＦ２：０．２ｗｔ％Ｅｕ２Ｏ３和ＰｂＦ２：０．１ｗｔ％Ｅｕ２Ｏ３，他们总的发射强度相近．

CeO_2纳米晶的光电量子尺寸效应

ＣｅＯ_２纳米晶的光电量子尺寸效应王德军，崔毅，李铁津，董相廷，洪广言（吉林大学化学系，长春，１３００２３）（中国科学院长春应用化学研究所，长春）关键词纳米晶，ＣｅＯ_２，表面光伏，量子限域纳米材料结构功能特性的研究有着重要的高科技应用背景［１］，但有...

强激光条件下5CB液晶中的激光诱导衍射环现象

强激光经5CB液晶传播时会产生非线性自相位调制现象,利用532nm和1 064nmCW激光研究了强激光条件下5CB液晶中的激光诱导衍射环现象,并对强激光在5CB液晶中产生自相位调制的现象和机理进行了讨论.当532nm激光和1 064nm激光功率密度分别大于10kW/cm2和300W/cm2时,接收白屏上有较明显的衍射环现象;当激光分别持续作用数十毫秒和数百毫秒量级时间时,接收屏上的衍射环现象消失.分别利用基尔霍夫衍射积分公式的菲涅耳近似和夫朗和费近似形式对5CB中激光自相位调制和激光诱导衍射环进行了数值模拟,数值结果与实验结果符合的较好.基于热传导理论定性分析了5CB液晶在不同波长和入射条件下的三阶非线性系数.结果表明:在强激光入射条件下,热效应是自相位调制的主要原因,这种三阶非线性系数除了与液晶的吸收系数和作用时间相关,还与激光作用面积甚至激光诱导指向矢转动过程相关.