中远红外双折射晶体技术获重大突破

  近日，中国科学院新疆理化技术研究所对外发布一项重大科研成果，在中远红外双折射晶体研究领域实现多项原创性突破。该所科研团队成功研发出新型结构晶体，并创新了相关测试方法，有效破解了长期以来制约仪器设备领域发展的核心材料与表征难题，为我国红外光子学仪器产业化升级、打破国外技术垄断提供了有力支撑。

  行业痛点突出 核心技术受困

  中远红外双折射晶体是红外偏振调控、激光技术及红外光子学仪器的核心组成部分，广泛应用于军事红外对抗、大气监测、医学诊疗、红外成像等多个关键领域，其性能好坏直接关系到仪器的探测精度、适用范围和运行稳定性。

  长期以来，全球仪器设备行业都面临着三大核心难题：现有晶体难以同时兼顾宽红外透明范围与高双折射性能，无法满足高端仪器的使用需求；Hg基硫属化物虽被认为是极具潜力的优质材料体系，但业内对其结构设计和性能机理的认识还不够系统，难以实现产业化转化；新型红外晶体大多只有毫米级尺寸，传统测试方法无法对其进行精准表征，这也阻碍了晶体的落地应用和仪器的升级迭代。

  与此同时，我国红外仪器核心材料长期高度依赖进口。数据显示，2025年我国红外探测器核心材料进口额达4.7亿美元，其中德美日三国的进口占比超过73%，这种“卡脖子”困境，严重制约了我国红外仪器产业的自主可控发展。

  新型晶体问世 性能领跑全球

  针对上述材料领域的瓶颈问题，中科院新疆理化所科研团队集中力量开展专项攻关，首次在Hg基硫卤化物体系中，成功构筑出线性[Hg3Se2]多核簇结构单元。这种结构单元会沿着特定晶向高度有序排列，形成类鳞英石拓扑骨架，其明显的取向一致性，为研发强光学各向异性材料提供了全新的思路。

  依托这一创新结构，团队成功制备出Hg18Ga8Se8Cl32单晶。该晶体的性能表现处于全球领先水平：不仅拥有0.4μm—25μm的超宽红外透明窗口，能够全面覆盖中远红外关键大气窗口；在546.1nm处，其双折射值高达0.871，即便到了3.5μm处，仍能保持0.453的高双折射值，彻底打破了长期以来红外透明窗口与大双折射难以兼顾的传统局限。

  据悉，这款新型晶体可直接应用于高端红外偏振器、激光调制器、探测器等核心部件，有望替代进口材料，既能大幅提升国产红外仪器的性能，又能降低生产成本，推动国产红外仪器在国防、民用等多个领域实现规模化应用。

  创新测试方法 破解表征难题

  除了材料方面的突破，针对新型红外晶体尺寸偏小、难以精准表征这一行业共性问题，科研团队还同步提出并验证了一种新的红外双折射测量方法，该方法基于偏振态调制与相位延迟分析原理，通过精准分析两正交偏振分量之间的相位差，实现了对小尺寸晶体在近红外至中红外波段双折射的定量表征，填补了相关领域的技术空白。

  业内专家表示，这种新型测试方法可直接转化为专用测试设备，能够满足科研机构和仪器制造商在研发、检测方面的需求，有效缩短晶体从实验室走向产业化的周期，同时也为红外仪器核心元件的质量管控提供了全新方案，助力红外测试仪器向精准化、小型化方向升级。

  机理阐释闭环 奠定产业基础

  为了让这项科研成果能够被复制、被广泛推广，团队结合变温单晶XRD、原位拉曼光谱实验以及第一性原理计算等多种手段，系统揭示了新型晶体具备优异光学性能的微观原因。实验与理论研究结果相互印证，证实线性[Hg3Se2]单元拥有目前已知双折射活性结构单元中最高的极化率各向异性，其有序排列的特性，显著放大了晶体的双折射效应；而电子—声子耦合主导的动态晶格畸变机制，也成功解释了该材料的可逆热致变色行为。

  此次研究形成了“结构设计—材料制备—性能测试—机理阐释”的完整闭环，不仅为Hg基硫属化物的后续研发提供了明确的理论指导，也为仪器核心材料的定制化研发奠定了坚实基础，助力红外仪器向高端化、定制化方向转型发展。