随着近年来半导体技术和激光技术的发展,对非线性光学晶体材料提出了各种各样新的要求。红外非线性光学晶体作为激光频率下转换激光器的的核心部件,通过相位匹配技术可以实现激光频率的变换,输出可调谐的中远红外激光光源,在信息、能源、医疗、工业制造等领域具有广泛的应用前景。目前用于宽带红外参量振荡器的Ag Ga S₂、CdS、Zn Ge P等红外非线性光学晶体大都存在光损伤阈值低,晶体生长过程中容易引入晶格缺陷等问题,不能完全满足日益增长的对红外非线性光学晶体材料的需求。因此,除了对已有的红外非线性光学晶体设法继续提高质量外,研究红外非线性光学晶体的组成、结构与性能之间的相互关系,探索寻找新型红外非线性光学晶体是目前热门且重要的研究课题。由于3-5μm和8-14μm这两个重要的大气窗口处于中远红外波段范围内,红外非线性光学晶体的探索一般都需要保证在这两个波段范围内具有高的透过能力。通过前期文献调研发现,含有MQ₄（M=Zn,Cd,In,Ga,Al）四面体基元的红外非线性光学材料常常具有好的非线性效应,表明MQ₄基团常作为红外非线性光学晶体的有效活性基团。本论文中采用高温溶液法,主要设计和合成了七个新的含MQ₄四面体基元的红外光学材料:Sr₅ZnAl₆S₁₅、Na₃Zn M^ⅢQ₄（M=In,Ga;Q=S,Se）、Ba₄F₄Zn Ga₂S₆和Ba₄F₃Ga S₄,并对这些化合物进行了结构解析,性能测试和理论计算等工作。（1）Sr₅ZnAl₆S₁₅化合物。利用高温溶液法,通过真空封管的方式合成了具有非中心对称结构的四元硫属化合物:Sr₅ZnAl₆S₁₅。该化合物结晶于正交晶系的Ama2空间群,它的结构框架是由T-2超四面体通过共享S原子形成的链和Al S₄四面体通过共顶点链接形成的∞[Al₂S₇]_n链,再通过共享S原子共同组成。该化合物具有大的计算带隙（3.16e V）和优异的化学稳定性。能带结构显示Sr₅ZnAl₆S₁₅是直接带隙化合物。该化合物的倍频系数大约为0.26倍的硫镓银,计算显示此材料的倍频效应主要来自于[Zn S₄]基团,双折射率为0.026,可以作为一种红外非线性光学频率转换的备选材料。（2）Na₃ZnM^ⅢQ₄（M=In,Ga;Q=S,Se）化合物。通过元素替代,利用高温溶液法合成了Na₃Zn M^ⅢQ₄（M=In,Ga;Q=S,Se）系列化合物,该系列化合物为同构化合物,结晶于四方晶系的I4₁/acd空间群,具有中心对称结构。该类化合物的结构是由通过共顶点连接的（Zn/M^Ⅲ）₄Q₁₀ T2超四面体进一步共享硫原子连接成的波浪形的链和平衡电荷的Na原子组成。结构中的少见之处在于Na S₆基元的连接方式同时包含了共点,共边和共面三种连接方式。这种连接方式在四元硫属化合物中很少见。除此之外,在c轴上不相邻的两个超四面体之间都有一个24.613°的扭转角。Na₃Zn M^ⅢQ₄（M=In,Ga;Q=S,Se）系列化合物在红外波段具有宽的透光范围,并且具有光致发光效应,在光致发光领域具有潜在应用前景。（3）Ba₄F₃Ga S₄和Ba₄F₄Zn Ga₂S₆化合物。根据加入卤族元素能够使化合物具有大带隙,大激光损伤阈值的设计思路,利用高温溶液法合成了两个新的具有大带隙的含氟硫属化合物,Ba₄F₃Ga S₄和Ba₄F₄Zn Ga₂S₆。Ba₄F₄Zn Ga₂S₆晶体结晶于单斜晶系的P2₁/c空间群,晶体结构为典型的二维层状结构,范德华力是层与层之间的主要作用力。Ba₄F₃Ga S₄晶体结晶于四方晶系的I4₁/a空间群,晶体结构新颖,是具有高对称性孔道结构的化合物,由1个八配位的Ba原子、5个氟原子和3个硫原子连接形成孔道框架。这两个化合物的性能测试表明它们具有大的带隙,分别为3.35e V和3.61e V,且在红外波段有很好的透过率。为了解释结构-性能之间的关系,利用第一性原理计算研究了它们的能带结构及态密度。另外,还对Ba₄F₃Ga S₄的双折射率进行了计算,双折射率为0.47。