ผลึกแสงแบบไม่เชิงเส้นมีการใช้งานที่สำคัญในสาขาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีเลเซอร์ เช่น การพิมพ์หิน การสื่อสาร การตัดเฉือนไมโคร และการแสดงผลด้วยเลเซอร์ การจับคู่เฟสเป็นเงื่อนไขที่จำเป็นสำหรับคริสตัลออปติคัลแบบไม่เชิงเส้นเพื่อให้เกิดการแปลงที่มีประสิทธิภาพ และคริสตัลออพติคอลแบบไม่เชิงเส้นแบบดั้งเดิมมักจะใช้หลักการของการรีฟริงเจนซ์เพื่อให้เกิดการจับคู่เฟส อย่างไรก็ตาม ในแถบอัลตราไวโอเลตระดับลึก (UV) ซึ่งความยาวคลื่นน้อยกว่า 200 นาโนเมตร ผลึกแสงที่ไม่เป็นเชิงเส้นจำนวนมากเป็นเรื่องยากที่จะเข้าใจถึงการจับคู่เฟสแบบรีฟรินเจนต์เนื่องจากการรีฟริงก์เพียงเล็กน้อย เทคนิคการจับคู่แบบกึ่งเฟสทำให้ได้ผลลัพธ์ที่มีประสิทธิภาพของแสงออคเทฟโดยการสร้างโครงสร้างที่ค่าสัมประสิทธิ์ไม่เชิงเส้นจะกลับกันเป็นระยะในคริสตัล เพื่อให้พลังงานไหลอย่างต่อเนื่องจากแสงความถี่พื้นฐานไปยังแสงออคเทฟ เมื่อเปรียบเทียบกับการจับคู่เฟสแบบรีฟริงเจนต์ เทคนิคนี้มีข้อดีคือไม่ต้องพึ่งพาการรีฟริงเจนต์ของวัสดุ จับคู่แถบความยาวคลื่นกว้าง และสามารถใช้สัมประสิทธิ์ไม่เชิงเส้นสูงสุดของวัสดุได้ อย่างไรก็ตาม ผลึกแสงแบบไม่เชิงเส้นที่เหมาะสำหรับเอาท์พุตที่จับคู่เฟสเสมือนในแถบอัลตราไวโอเลตระดับลึกยังคงหายากมาก
เมื่อเร็วๆ นี้ นักวิจัย Zhao Sangen และ Luo Junhua จาก Fujian Institute of Materials and Structures, Chinese Academy of Sciences (FIMSTEC) ประสบความสำเร็จในการปลูกผลึกเดี่ยว LiNH4SO4 โปร่งใสขนาดนิ้วในสารละลายที่เป็นน้ำ และยืนยันความเป็นเฟอร์โรอิเล็กทริกของผลึก LiNH4SO4 โดยใช้ลูปฮิสเทรีซิสไฟฟ้าและอุณหภูมิที่แปรผันได้ การทดสอบด้วยแสงแบบไม่เชิงเส้น ฯลฯ ผลึก LiNH4SO4 มีคุณลักษณะพิเศษคือเฟอร์โรอิเล็กทริกในระดับสูง และความไม่เชิงเส้นในระดับสูง ตัวอย่างโดเมนเดี่ยวของ LiNH4SO4 ประสบความสำเร็จโดยการใช้แรงดันไฟฟ้าโพลาไรเซชันทิศทางเดียว และคริสตัล LiNH4SO4 มีช่วงการส่งผ่านที่สั้นถึง 171 นาโนเมตร ซึ่งเป็นค่าสัมประสิทธิ์ทางแสงแบบไม่เชิงเส้นลำดับที่สองปานกลาง (0.33 pm/V) และสามารถทนต่อการฉายรังสีด้วยเลเซอร์ได้สูงถึง 1.47 GW/cm-2 โดยไม่เกิดความเสียหาย ดัชนีการหักเหของแสงที่ขึ้นกับความยาวคลื่นของ LiNH4SO4 ถูกกำหนดอย่างแม่นยำ และสมการการกระจายตัวของ LiNH4SO4 ได้รับการติดตั้งโดยมุมต่ำสุดของวิธีการโก่งตัว และผลลัพธ์แสดงให้เห็นว่า LiNH4SO4 มีการกระจายตัวของดัชนีการหักเหของแสงต่ำมาก ซึ่งส่งผลให้เกิดกึ่งลำดับที่หนึ่ง คาบการจับคู่เฟสของคริสตัล 1.4 µm ที่ความยาวคลื่นแสงสองเท่าที่ 177.3 nm ผลลัพธ์ข้างต้นบ่งชี้ว่า LiNH4SO4 เป็นตัวเลือกที่ดีสำหรับการแปลงความถี่เลเซอร์อัลตราไวโอเลตลึก ผลลัพธ์ของการคำนวณหลักการแรกบ่งชี้ว่าการตอบสนองทางแสงแบบไม่เชิงเส้นและช่วงการส่งผ่านที่กว้างของ LiNH4SO4 ส่วนใหญ่มาจากการมีส่วนร่วมของลวดลายเตตราฮีดรัล SO42- ในขณะที่การกระจายดัชนีการหักเหของแสงที่ต่ำกว่านั้นมีสาเหตุหลักมาจากลักษณะเฉพาะของ แคตไอออน Li+ และ NH4+ และอิเล็กตรอนของโมทีฟ SO42- ในคริสตัล LiNH4SO4 การค้นพบนี้ให้วิธีที่มีประสิทธิภาพในการพัฒนาผลึกแสงแบบไม่เชิงเส้นที่จับคู่กับอัลตราไวโอเลตกึ่งเฟสเชิงลึก
ดร. Yipeng Song นักศึกษาปริญญาเอกจาก University of Chinese Academy of Sciences เป็นผู้เขียนบทความคนแรก และรองนักวิจัย Bingxuan Li จากสถาบันฟิสิกส์และโครงสร้าง ฝูเจี้ยน ประเทศจีน เป็นผู้เขียนร่วมของ กระดาษ.
รูปที่ 1 (a) การเปรียบเทียบเฟสที่จับคู่แบบไบรีฟรินเจนต์และแบบกึ่งเฟสที่จับคู่ (b) คริสตัล LiNH4SO4 ในเฟสเฟอร์โรอิเล็กทริก; (c) โครงสร้างผลึกของเฟสซิส-อิเล็กทริก
รูปที่ 2 (a) ผลึก LiNH4SO4 ที่เติบโตโดยผลึกเมล็ดในทิศทาง [011] (b) [001]; (c) ผลึก LiNH4SO4 พร้อมการทดสอบออปติกแบบไม่เชิงเส้นอุณหภูมิแปรผัน; (d) การทดสอบการปั่นจักรยานด้วยเลนส์แบบไม่เชิงเส้นอุณหภูมิแปรผัน; ( e ) เส้นโค้ง PE และ JE ของผลึก LiNH4SO4 ที่ 413 K; (g) ภาพ 180 องศาของโดเมนเฟอร์โรอิเล็กทริกของผลึก LiNH4SO4 (h) ผลึก LiNH4SO4 ที่มีโดเมนเดียว
รูปที่ 3 (a) สเปกตรัมการส่งผ่านแสง UV ระดับลึกของคริสตัล LiNH4SO4; (b) แนวเครื่องทำคริสตัล LiNH4SO4; (c) ภาพด้วยกล้องจุลทรรศน์แบบออปติคัลของคริสตัล LiNH4SO4 หลังจากได้รับความเสียหายด้วยเลเซอร์ระดับนาโนวินาที (d) ก่อนและหลัง (e); ปริซึมสามเหลี่ยมที่ใช้สำหรับดัชนีการหักเหของ LiNH4SO4 (e) การส่องผ่านของแสงในทิศทาง (100); (f) การส่องผ่านของแสงในทิศทาง (001) (g) (h) สมการการกระจายตัวของดัชนีการหักเหของผลึก LiNH4SO4; (i) ตัวดัชนีแสงที่ 532 นาโนเมตรของคริสตัล LiNH4SO4
รูปที่ 4 รอบการจับคู่กึ่งเฟสลำดับแรกของกระบวนการผลรวมและความถี่ผลต่างของผลึก LiNH4SO4
รูปที่ 5 โครงสร้างแถบพลังงานอิเล็กทรอนิกส์ของ LiNH4SO4 (b) ความหนาแน่นของสถานะ/ความหนาแน่นบางส่วนของแผนภาพสถานะของ LiNH4SO4; (c) HOMO ของ LiNH4SO4; (d) LUMO ของ LiNH4SO4
