激光是20世紀人類最重大的發(fā)明之一，60多年來，13項諾貝爾獎與激光技術(shù)密切相關(guān)。非線性光學晶體可用來對激光波長進行變頻，從而擴展激光器的可調(diào)諧范圍。近期，我國科學家成功創(chuàng)制了一種新型非線性光學晶體——全波段相位匹配晶體，為整個透光范圍內(nèi)實現(xiàn)雙折射相位匹配提供了新思路。

　　該研究由中國科學院新疆理化技術(shù)研究所晶體材料研究中心潘世烈團隊完成，相關(guān)成果于近期在國際學術(shù)期刊《自然·光子學》在線發(fā)表。

　　非線性光學晶體是獲得不同波長激光的物質(zhì)條件，在晶體中實現(xiàn)應用波段相位匹配被普遍認為是重要的技術(shù)挑戰(zhàn)之一，對最終激光輸出的功率和效率有重要影響。目前有多種技術(shù)方案可彌補相位失配，其中，利用晶體各向異性的雙折射相位匹配技術(shù)是應用最廣泛的有效途徑。但現(xiàn)有晶體均存在雙折射相位匹配波長損失，即晶體最短相位匹配波長與紫外截止邊存在差距。

　　團隊前期提出一種假設(shè)，即在基于雙折射相位匹配的非線性光學晶體中，是否可以實現(xiàn)“紫外截止邊等于最短匹配波長”的理想狀態(tài)？在此基礎(chǔ)上，該團隊創(chuàng)制一類新非線性光學晶體，即全波段相位匹配晶體。該類晶體基于應用廣泛的雙折射相位匹配技術(shù)，可以實現(xiàn)晶體材料透過范圍內(nèi)任意波長的相位匹配。該研究揭示了全波段相位匹配晶體的物理機制，并獲得一例非線性光學晶體（GFB）。基于晶體器件實現(xiàn)了193.2-266nm紫外/深紫外激光輸出，該材料193.2nm處晶體透過率<0.02%，依然可以實現(xiàn)倍頻激光輸出，驗證了其全波段相位匹配特性，該晶體也是目前首例實現(xiàn)了全波段雙折射相位匹配的紫外/深紫外非線性光學晶體材料。研究結(jié)果表明，寬的相位匹配波長范圍使GFB晶體透光范圍得到充分應用，可實現(xiàn)1064nm激光器二、三、四、五倍頻高效、大能量輸出，有望滿足半導體晶圓檢測等領(lǐng)域的重大需求。更重要的是，GFB可采用水溶液法生長出高質(zhì)量、超大尺寸晶體，使其有望成為應用于大科學裝置的新晶體材料。