【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】激光是20世紀(jì)人類最重大的發(fā)明之一，60多年來，13項(xiàng)諾貝爾獎(jiǎng)與激光技術(shù)密切相關(guān)。非線性光學(xué)晶體可用來對(duì)激光波長(zhǎng)進(jìn)行變頻，從而擴(kuò)展激光器的可調(diào)諧范圍。近期，我國(guó)科學(xué)家成功創(chuàng)制了一種新型非線性光學(xué)晶體——全波段相位匹配晶體，為整個(gè)透光范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)雙折射相位匹配提供了新思路。
 

　　該研究由中國(guó)科學(xué)院新疆理化技術(shù)研究所晶體材料研究中心潘世烈團(tuán)隊(duì)完成，相關(guān)成果于近期在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然-光子學(xué)》在線發(fā)表。
 

　　非線性光學(xué)晶體是獲得不同波長(zhǎng)激光的物質(zhì)條件和源頭。在晶體中實(shí)現(xiàn)應(yīng)用波段相位匹配被普遍認(rèn)為是重要的技術(shù)挑戰(zhàn)之一，決定最終激光輸出的功率和效率。目前有多種技術(shù)方案可供選擇，其中利用晶體各向異性的雙折射相位匹配技術(shù)是應(yīng)用最廣泛的彌補(bǔ)相位失配的有效途徑。該方案轉(zhuǎn)換效率高，但現(xiàn)有晶體均存在相位匹配波長(zhǎng)損失，即可用晶體紫外截止邊和最短相位匹配波長(zhǎng)的差值表征。
 

　　團(tuán)隊(duì)前期在特邀綜述(Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 20302-20317)中提出關(guān)于非線性光學(xué)晶體一種理想狀態(tài)的假設(shè)，即在基于雙折射相位匹配的非線性光學(xué)晶體中，是否可以實(shí)現(xiàn)“紫外截止邊等于最短匹配波長(zhǎng)”的理想狀態(tài)？近期，該團(tuán)隊(duì)創(chuàng)制了一類新非線性光學(xué)晶體，即全波段相位匹配晶體。該類晶體基于應(yīng)用廣泛的雙折射相位匹配技術(shù)，且可以實(shí)現(xiàn)對(duì)晶體材料透過范圍內(nèi)任意波長(zhǎng)的相位匹配。該研究揭示了全波段相位匹配晶體的物理機(jī)制，并以此為指導(dǎo)獲得一例非線性光學(xué)晶體(GFB)。基于晶體器件實(shí)現(xiàn)了193.2-266 nm紫外/深紫外激光輸出，該材料193.2 nm處晶體透過率<0.02%，依然可以實(shí)現(xiàn)倍頻激光輸出，驗(yàn)證了其全波段相位匹配特性，使該晶體成為目前首例實(shí)現(xiàn)了全波段雙折射相位匹配的紫外/深紫外非線性光學(xué)晶體材料。研究結(jié)果表明，寬的相位匹配波長(zhǎng)范圍使GFB晶體透光范圍得到充分應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)1064 nm激光器二、三、四、五倍頻高效、大能量輸出，有望滿足半導(dǎo)體晶圓檢測(cè)等領(lǐng)域的重大需求。更重要的是，GFB可采用水溶液法生長(zhǎng)出高質(zhì)量、超大尺寸晶體，使其有望成為應(yīng)用于大科學(xué)裝置的新晶體材料。
 

　　今年是習(xí)近平總書記視察中國(guó)科學(xué)院并提出“四個(gè)率先”目標(biāo)要求十周年。十年來，新疆理化所認(rèn)真貫徹落實(shí)習(xí)近平總書記重要指示精神，面向國(guó)家重大需求，在新型光電功能晶體材料等重要技術(shù)領(lǐng)域取得了一系列科研成果。下一步，新疆理化所將持續(xù)開展相關(guān)晶體材料、器件及激光光源應(yīng)用的攻關(guān)研究，力爭(zhēng)產(chǎn)出更多原創(chuàng)性、引領(lǐng)性重大創(chuàng)新成果。
 

GFB晶體器件
 

利用GFB晶體進(jìn)行激光實(shí)驗(yàn)