Hg2X2（X=Cl,Br,I）系列晶体具有宽的红外透过范围、大的双折射、低的声速和声衰减以及大的声光优值,为长波红外声光晶体的优异备选之一,可用于声光调制器、声光可调谐滤波器、偏振棱镜等器件。在过去几十年中,美国、俄罗斯、捷克等的一些研究组在Hg2X2系列晶体的生长、基本性质以及器件加工等方面开展了广泛的研究。然而国内未见有关于Hg2X2系列晶体的研究报道。探索该系列化合物大尺寸晶体的生长工艺对全面表征晶体的物理性质、研制声光和偏光器件均具有重要的实际应用价值。此外,Hg2X2的大双折射、宽透过范围与其一维X-Hg-Hg-X分子之间的关系尚未明确,对弹性和声学等性质的报道不全面。进行光学、弹性等性质的第一性原理研究,对深入理解晶体性质与结构之间的关系、设计优化声光器件均具有重要的科学意义。本论文对Hg2X2系列晶体的生长工艺、宽透过范围和大双折射的来源、弹性和声学性质进行了研究,内容分为五章:第一章首先介绍了声光效应的物理原理、声光器件的分类和对声光材料的要求,其次介绍了 Hg2X2系列晶体的研究进展,例如折射率、热膨胀和器件研究等,随后对第一性原理计算的相关内容做了简单介绍,最后给出本论文的选题依据、目的及主要研究内容。第二章主要关于Hg2Br2晶体的原料提纯和生长工艺的探索以及基于Hg2Cl2和Hg2Br2的红外偏振棱镜的设计。利用多步升华法对Hg2Br2原料进行提纯,通过工艺优化获得了适于晶体生长的致密Hg2Br2料锭。提纯过程中出现的黑灰色杂质和橙红色杂质经鉴定分别为Hg5Br2O4和HgO。利用提纯获得的致密Hg2Br2料锭,通过对温度梯度、生长速度等的调控,获得了尺寸约Φ35×40mm3、表面光滑、内部无条纹、透明度高、质量好的Hg2Br2晶体。设计了基于Hg2Cl2和Hg2Br2晶体的偏振器件以及具有不同分光角度的偏振分束器件。第三章利用第一性原理计算研究了Hg2X2系列晶体的能带、折射率以及声子谱等,分析了其宽透过范围和大双折射的来源。Hg2X2带隙计算值的对应波长与实验短波截止边十分接近,卤素对价电子的强束缚能力造成的较大带隙导致了其短波截止边位于可见波段。根据电子分波态密度,其短波截止边由位于价带顶部的Hg-6s和X-p轨道电子向位于导带底部的Hg-6s轨道跃迁导致。Hg2Cl2、Hg2Br2、Hg2I2在Γ点的最高声子频率仅279.6 cm-1、205.4 cm-1及178.8 cm-1,这种由大分子量造成的低声子频率有助于获得长的截止波长。根据分析,Hg2X2的长波截止边由多声子吸收所导致。Hg2X2系列晶体的双折射计算值与实验值平均偏差仅为0.05。差分电荷密度清晰地显示了分子内键合的形成,通过电子局域化函数分析,认为分子方向强的共价性的Hg-X键和金属性的Hg-Hg键以及垂直于分子方向的弱范德华作用导致了大的双折射。Born有效电荷所证明的在c方向和垂直c方向上电极化的巨大差异与键合的各向异性恰相对应。第四章利用第一性原理计算得到了Hg2X2的弹性劲度系数,研究了多晶弹性性质、单晶弹性各向异性和声学性质。计算显示,PBEsol对Hg2X2的晶格和弹性系数预测较好。在弹性系数分量中,由于c方向较强的共价键和金属键,C33数值较大。多晶弹性性质计算揭示了 Hg2X2在外压下易变形而不易压缩的性质、延展性以及与分子间范德华作用相关的较软的特性。Hg2X2的平均声速和Debye温度随卤素原子半径增大而逐渐降低,反映了晶格振动依次减弱。通用弹性各向异性指数AU、压缩各向异性AcomP*和剪切各向异性Ashear*反映出从Hg2Cl2到Hg2I2弹性各向异性的增强。通过方向依赖杨氏模量E和线性可压缩系数β确认了这种各向异性的增大主要来源于c方向键强的增强。对Hg2X2不同方向声速的计算表明了其具有的强声学各向异性,最高声速位于[001]方向,而最低值位于[110]方向,其比值可达15。最后对Hg2X2的声学角进行了计算,为器件设计提供部分参考信息。第五章给出了本论文的主要结论和论文的主要创新点,并针对当前工作进度提出了有待开展的工作。