1、第一性原理研究硼酸盐非线性光学晶体光学效应,林 哲 帅,先进功能晶体与固态激光重点实验室,May, 2, 2010,摘 要,（一）非线性光学效应与阴离子基团理论；（二）从头计算电子结构和光学效应方法；（三）对硼酸盐系列NLO晶体的计算结果及分析；（四）结论, 非线性光学效应简介,无机非线性光学效应的阴离子基团理论（陈创天，1976年）,(a) 晶体的宏观倍频系数是阴离子基团微观倍频系数的几何叠加。在一级近似下和A位阳离子无关。,(b) 阴离子基团的微观倍频系数可使用基团的局域化电子轨道，通过二级微扰论的方法得到。, 硼酸盐NLO晶体的基本结构单元,常见硼氧基团,（二）从头计算NLO晶体的电子结
2、构和光学性质,运用CASTEP平面波赝势计算程序，对非线性光学晶体的线性极化率和倍频系数进行从头计算；结合实空间原子切割技术，对各个离子基团对光学性质的贡献进行评估；为搜寻新型NLO晶体提供结构与性能关联的判据。, 倍频系数计算公式,其中：,VH,VE,Two bands, 实空间原子切割方法,晶体结构,自编程序,二阶非线性光学系数,各离子基团对光学系数的贡献,研究步骤：,结构与光学性质的内在联系,（三）硼酸盐系列NLO晶体的计算结果及分析, BBO（-BaB2O4）晶体,能带结构,态密度分析图,BBO晶体不同波长下的折射率与双折射率的计算值和实验值,BBO晶体的倍频系数的计算值与实验值的比较
3、,使用实空间切割技术得到的BBO晶体的各离子基团对光学性质的贡献（Unit: pm/V),(B3O6)3-基团所在平面的电荷密度, LBO （LiB3O5）、CBO（CsB3O5）和CLBO（CsLiB6O10）晶体,能带结构, 部分态密度（PDOS）图,LBO、CBO和CLBO晶体在一些光波频率下的折射率的计算值和实验值, LBO、CBO和CLBO晶体在零频时各离子基团对折射率的贡献,* nmax 是折射率的最大值；nmin 是折射率的最小值。, LBO、CBO和CLBO晶体的倍频系数的计算值与理论值 (in pm/V),使用实空间切割技术得到的LBO、CBO和CLBO晶体的各离子基团对非线
4、性光学性质的贡献（Unit: pm/V), 复合硼酸盐系列晶体,KBBF（KBe2BO3F2）晶体 SBBO（Sr2Be2B2O7）晶体 BABO（BaAl2B2O7）晶体 KABO（K2Al2B2O7）晶体,KBBF晶体的单胞结构,KBBF晶体a-b层的平面结构,KBBF晶体的网络状结构,SBBO晶体的单胞结构,KABO晶体的单胞结构, SBBO晶体, 结构收敛因子大于0.065，结构不稳定，光学均匀性较差。, 第一性原理计算发现有数种总能非常相近的结构构型*。, 可能存在超晶格结构。,*X. Y. Meng, et al., J. Appl. Phys. 101, 052711 (2006), 能带结构,KBBF晶体,BABO晶体, DOS和PDOS图,KABO晶体,KBBF、KABO和BABO晶体的线性光学系数（入射光频率为1064 nm）,KBBF、BABO和KABO晶体的倍频系数的计算值与实验值 (pm/V),在零频时各离子基团对折射率的贡献,KBBF、KABO和BABO晶体的各离子基团对非线性光学性质的贡献（Unit: pm/V), BIBO（BiB3O6）晶体,能带结构,
