全固態(tài)真空紫外光源以其體積小、成本低、綜合性能好等特點，具有重要戰(zhàn)略意義，非線性光學晶體是其核心材料。新疆理化技術研究所（以下簡稱新疆理化所）潘世烈團隊聚焦真空紫外非線性光學晶體材料領域基礎研究和關鍵核心技術，經(jīng)過長期不懈的探索與創(chuàng)新，成功研制出氟化硼酸銨（ABF）晶體，同時攻克其大尺寸晶體生長和器件加工技術難題，采用雙折射相位匹配技術，實現(xiàn)直接倍頻真空紫外激光158.9nm輸出，為緊湊、高效的全固態(tài)真空紫外激光器提供了全新的關鍵材料體系，將在精密制造、前沿科研等領域發(fā)揮重要戰(zhàn)略作用，相關成果于北京時間1月29日在國際學術期刊《自然》發(fā)表。

氟化硼酸銨ABF真空紫外倍頻器件

非線性光學晶體是實現(xiàn)全固態(tài)真空紫外激光輸出的核心材料，其性能直接決定了激光器的輸出波長、轉換效率等。在該領域，氟代硼鈹酸鉀晶體（KBBF）是里程碑式材料，由陳創(chuàng)天院士等我國科學家在上世紀九十年代發(fā)明，長期以來是能夠通過直接倍頻技術實現(xiàn)200nm以下激光輸出的實用晶體。隨著應用需求的不斷發(fā)展，尋找一種兼具真空紫外高透過性、強非線性響應、大雙折射與優(yōu)異生長性能的新型晶體，一直被認為是該領域的挑戰(zhàn)性科學難題。

激光輸出演示

科研團隊創(chuàng)新性提出真空紫外非線性光學晶體氟化設計及性能調(diào)控機制，攻克“大帶隙-大倍頻效應-高雙折射率"協(xié)同調(diào)控難題，創(chuàng)制出以ABF為代表的系列高性能晶體。在理論突破的基礎上，科研人員攻克晶體生長技術難題，成功獲得厘米級高光學質(zhì)量的ABF單晶。

圖1：ABF晶體結構、單晶實物照片、光學質(zhì)量與熱膨脹性能

圖2：ABF的透過譜、折射率色散、相位匹配曲線、非線性系數(shù)與損傷閾值

圖3：ABF實現(xiàn)158.9–188.0 nm可調(diào)諧VUV輸出的實驗裝置與光譜結果

ABF晶體最短相位匹配輸出波長可達158.9nm，創(chuàng)造了通過雙折射相位匹配技術輸出真空紫外激光的最短紀錄。ABF晶體研發(fā)取得突破性進展，標志著我國在真空紫外光學晶體關鍵材料方向取得重要突破，為保持我國在該領域的地位做出積極貢獻。

下一步，新疆理化所將持續(xù)開展ABF晶體穩(wěn)定生長技術、器件加工工藝及激光光源應用的研究，力爭實現(xiàn)更短波長、更高功率的全固態(tài)真空紫外光源創(chuàng)新，為精密制造、前沿科研裝備提供有力支撐。

參考文獻： 中國光學期刊網(wǎng)

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