中新網北京1月29日電 (記者 孫自法)繼氟代硼鈹酸鉀(KBBF)晶體“獨步天下”之后，有“中國牌”晶體之譽的非線性光學晶體材料又上新——中國科學家最近成功研制出集多種優(yōu)異性能于一身的氟化硼酸銨(ABF)晶體，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。
歷經長期探索與創(chuàng)新
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，中國科學院新疆理化技術研究所(新疆理化所)潘世烈團隊經過長期不懈的探索與創(chuàng)新，在成功設計合成出ABF晶體的同時，還攻克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，首次實現直接倍頻真空紫外激光158.9納米輸出，將在精密制造、前沿科學等領域發(fā)揮重要作用。
本項研究中全固態(tài)真空紫外激光器的器件。中國科學院新疆理化所 供圖這項助力改進和提升全固態(tài)真空紫外激光器功能的重要成果論文，北京時間1月29日凌晨在國際學術期刊《自然》上線發(fā)表。
聚焦挑戰(zhàn)性科學難題
論文通訊作者、中國科學院新疆理化所所長潘世烈研究員介紹說，全固態(tài)真空紫外光源兼具體積小、成本低、綜合性能好等特點，而非線性光學晶體正是實現全固態(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、轉換效率等關鍵指標。
圖為研究團隊在實驗室進行ABF晶體的激光輸出演示。中國科學院新疆理化所 供圖中國在紫外、真空紫外非線性光學晶體領域的研究處于國際領先水平，中國科學家研發(fā)的BBO、LBO紫外非線性光學晶體已實現全球產業(yè)應用，為全球激光產業(yè)應用發(fā)展作出巨大貢獻。KBBF晶體作為該領域的里程碑式材料，由陳創(chuàng)天院士等中國科學家在20世紀90年代發(fā)明，長期以來是唯一能夠通過直接倍頻技術實現200納米以下激光輸出的實用晶體。隨著應用需求的不斷提升，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，一直被認為是極具挑戰(zhàn)性的科學難題。
創(chuàng)制系列高性能晶體
論文第一作者、中國科學院新疆理化所晶體材料研究中心副主任張方方研究員稱，在本項研究中，科研團隊創(chuàng)新提出真空紫外非線性光學晶體氟化設計及性能調控機制，攻克“大帶隙-大倍頻效應-高雙折射率”協同調控難題，創(chuàng)制出以ABF晶體為代表的系列高性能晶體。
本項研究在實驗室進行ABF晶體的激光輸出演示。中國科學院新疆理化所 供圖在理論突破基礎上，科研人員攻克晶體生長和器件加工技術難題，成功獲得厘米級高光學質量的ABF單晶，研制出角度相位匹配真空紫外倍頻器件，最短相位匹配輸出波長可達158.9納米，創(chuàng)造出通過雙折射相位匹配技術輸出真空紫外激光的最短記錄。
將持續(xù)開展應用研究
潘世烈研究員表示，ABF晶體研發(fā)取得突破性進展，標志著中國在真空紫外非線性光學晶體關鍵材料方向取得重要突破，為保持中國在該領域的國際領先地位做出積極貢獻。
下一步，研究團隊將持續(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，力爭實現更短波長、更大能量、更高功率的全固態(tài)真空紫外激光源創(chuàng)新，為精密制造、前沿科研裝備等領域發(fā)展提供有力支撐。(完)