DSTMS晶体在光学太赫兹辐射源中的应用

DSTMS晶体是另外一种性能优越的有机非线性晶体,它是由2,4,6-三甲基苯磺酸阴离子和吡啶阳离子组成的,通过2,4,6-三甲基苯磺酸阴离子对吡啶阳离子之间的库仑力来调节吡啶阳离子生色团的排列,诱导吡啶阳离子在晶体中按非中心对称结构堆积,优化阳离子的排列使其宏观二阶非线性增强,得到排列更优、二阶非线性光学系数更大的DSTMS晶体,如图2-12所示。DSTMS晶体化学式为C25 H30 N2 O3 S(属于单斜晶系),空间群Cc(点群M,Z=4),晶格常数a=10.266Å,b=12.279Å,c=17.963Å,β=93.04°。DSTMS晶体的光学主轴和结晶学主轴也不是完全平行的,光学主轴x 1轴与a轴偏离3.6°±0.3°,x 2轴与b轴相互平行,晶体的生色团排列方向与a轴有23°的偏差[63]。

图2-12　DSTMS晶体结构

(a)DSTMS分子结构式;(b)DSTMS晶体实物[63]

与DAST晶体一样,DSTMS晶体也具有高二阶非线性光学系数=(430±40)pm/V]、高电光系数(r 111=37 pm/V)、高双折射效应(Δn=0.5)和低吸收率α＜0.7 cm-1,非常有利于太赫兹辐射的差频输出。与此同时,DSTMS晶体具有良好的光学透光性和色散性能,其透射率如图2-13所示[63],色散性能如图2-14所示[64]。

(www.xing528.com)

图2-13　DSTMS晶体在0.5～2μm的透射率[63]

相同条件下,DSTMS晶体在甲醇中的溶解度是DAST晶体的2倍,与DAST晶体相比,它更容易获得大尺寸、高质量的晶体。但是与DAST晶体类似,同属有机吡啶盐晶体的DSTMS晶体在1 THz处存在声子吸收,也同样有含结晶水的中心对称晶相,不利于DSTMS晶体的实际应用。DSTMS晶体与DAST晶体具有相似的晶体结构和光学性能,其生长方法也基本一致,主要有自发成核法、斜板法和籽晶法等。

图2-14　DSTMS晶体的色散曲线[64]