复合功能导向的单晶材料的结构设计、生长和性质研究-东篱科研大数据发现系统（DRDS）

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复合功能导向的单晶材料的结构设计、生长和性质研究

项目名称：复合功能导向的单晶材料的结构设计、生长和性质研究
项目类别：重大研究计划
批准号：91022034
申请代码：E0201
项目来源：国家自然科学基金
研究期限：2011-01-01-2014-12-31

项目负责人：赵显
负责人职称：教授
依托单位：山东大学
批准年度：2010

中文摘要：

功能晶体材料是实现电、光、声、热、磁、力等不同能量形式交互作用和转换的重要基础材料，在光电技术、激光技术和微电子技术中有广泛应用。本项目在激光晶体、拉曼晶体、倍频晶体和电光调制晶体深入研究的基础上，以复合功能为导向，研究不同功能效应之间的交叉和复合，设计和制备具有复合功能效应的单晶材料。项目侧重于自拉曼、自电光、自拉曼自倍频等具有激光功能的多功能复合晶体研究。通过本项目的研究, 建立与发展新的理论方法，在多层次多尺度上计算、模拟和预测材料的结构，探索晶体材料功能特性的起源及其关键功能基元；揭示晶体材料功能基元（电子、原子、离子、分子、基团和畴结构与相结构等）与宏观功能特性的关系。同时，根据功能性质的复合与交叉来设计和制备新的功能晶体材料,并开展复合功能晶体原型器件设计和应用探索，将中国人工晶体的优势扩展到复合功能晶体领域。

中文主题词：功能基元；复合功能晶体；非线性晶体；激光自倍频；激光拉曼

英文摘要：

Functional units；multifunctional crystals；nonlinear optical crystals；aser frequency-doubling crystals；laser Raman crystals

英文主题词： Functional units；multifunctional crystals；nonlinear optical crystals；aser frequency-doubling crystals；laser Raman crystals

结论摘要：

本项目在非线性晶体、激光晶体、拉曼晶体和电光调制晶体研究基础上，以复合功能为导向，研究不同功能效应之间的交叉和复合，探索具有复合功能效应的单晶材料。在多层次多尺度上研究并揭示晶体材料中的关键功能基元（电子、原子、离子、分子、集团及畴结构等）及其与宏观功能特性间的关系，重点研究倍频、拉曼、电光和激光晶体的光电特性及其复合功能效应，尝试具有复合功能特性的晶体原型器件设计和应用探索，拓展功能晶体的应用领域。针对当前中远红外非线性光学晶体短缺现状，发展了基于功能基元的材料设计理念，提出了考量和筛选该类功能晶体热力学性质和电子结构的理论方法和判据，解决了功能晶体综合性能评价的问题。基于热力学判据，成功预测了几种应用前景良好的功能晶体材料；从电子态和声子态两个层面出发，研究了系列新型无机光电功能晶体中关键功能基元对其结构稳定性及光电特性的影响，建立了新型晶体设计和探索的新思路，并预测了四元Li2CdGeS4和Li2CdSnS4晶体具有良好的应用前景。基于对激光晶体和非线性晶体的实验研究，结合关键功能基元的理论分析，设计了新型激光和非线性光学晶体，在单斜晶系和三方晶系晶体中成功实现了激光和倍频效应的功能复合，丰富了激光自倍频晶体材料体系。开发了老晶体的新性能新应用，在GTR-KTP、KTA晶体中实现了参量光、受激拉曼与混频的复合，获得了稳定的激光输出。开展了复合功能晶体原型器件的设计和性能研究推进了Nd:ReCOB构型激光自倍频晶体的开发和产业化发展；在国际上首次研制了LGS晶体电光调Q及旋光热效应补偿复合功能激光器；开展了Nd:YVO4晶体激光拉曼皮秒激光实验，获得了最大功率9.7W脉宽22.4ps的稳定连续锁模脉冲激光输出；设计并研究了Yb:YAG晶体激光自锁模复合功能效应，利用自身的非线性，获得了稳定的连续皮秒锁模脉冲；拓展了功能复合效应的应用，获得了Yb3+双包层光纤全正色散光纤自锁模飞秒激光。项目执行期间，在《Advanced Funtional Materials》和《Journal of Materials Chemistry》等国际期刊上发表科研论文80余篇，申请国家发明专利13项（含在审专利），受邀做国际会议邀请报告1次；培养硕士和博士研究生17名，培育山东大学优秀硕博论文5篇，山东省优秀硕博论文4篇。获得国家技术发明奖1项。

成果综合统计