新型紫外深紫外非线性光学晶体生长、性能及应用基础问题研究

以非线性光学晶体为关键材料的全固态紫外深紫外相干光源是光电子领域重要发展方向之一，紫外深紫外非线性光学晶体是我国在国际上具有优势和特色的研究领域。本项目以新型紫外深紫外非线性光学晶体（KBBF、RBBF、CBO、LCB等）为研究对象，围绕晶体生长、性能和晶体非线性光学器件开展系统研究，揭示晶体生长规律，突破大尺寸高光学质量晶体生长关键技术，在紫外深紫外非线性光学晶体及其器件方面获得国际领先水平成果，相应的晶体器件达到以下指标：177.3nm深紫外激光输出功率突破100mW；266nm紫外激光输出突破7W；355nm紫外激光稳定输出大于20W；实现170-230nm波段可调谐激光输出。我们拥有以上晶体的自主知识产权，前期研究结果已证明这些新型非线性光学晶体在紫外深紫外波段具有重要应用前景。本项目研究将加速新型紫外深紫外非线性光学晶体的实用化，为实现从材料到器件应用的全面优势作出贡献。

以非线性光学晶体为关键材料的全固态紫外深紫外相干光源是光电子领域重要发展方向之一，非线性光学晶体是我国在国际上具有优势和特色的研究领域。本项目以新型紫外深紫外非线性光学晶体(KBBF、RBBF、CBO、LCB 等)为研究对象，围绕其生长、性能和器件开展了系统研究，揭示出晶体生长基本规律，突破了大尺寸高光学质量晶体生长关键技术，超额完成了计划任务指标，全面达到了研究目标，在晶体及其器件方面获得了一系列国际领先水平的先进成果。主要有：探索出KBBF族晶体生长的新助熔剂体系KF-K2O-B2O3和NaF-K2O-B2O3，突破了生长关键技术，KBBF厚度达5 mm，RBBF厚度达3.5 mm；发明了KBBF棱镜耦合器件的深度光胶技术，其损伤阈值是普通光胶器件的三倍，达到276 MW/cm2；应用KBBF棱镜耦合器件，实现了Ti:Sapphire可调谐激光全波段的四倍频谐波光输出，其可调谐输出波长范围达到170-232.5nm；通过直接倍频实现了Nd:YAG激光器1064nm光的六倍频177.3nm输出，最高输出功率为201mW，转换效率2.06 %；实现了Nd:YAG 激光器1064 nm光四倍频266nm 7.86W激光输出, 最高转换效率为13.4%；首次采用RBBF晶体直接斜入射倍频方式，实现了3.53W的266nm紫外光输出，转换效率最高为10.8%。突破了顶部籽晶法生长CBO晶体的关键技术，生长出目前国际上最大尺寸(75×52×46mm3，480 g)的无散射缺陷的CBO晶体；实现了CBO晶体31.5W的355nm激光5小时的稳定运行；创新性地将CBO从三倍频应用拓展到四倍频应用，在国际上首次实现了1112 nm 激光四倍频278 nm激光输出，最高输出功率达到11.3W，四倍频转换效率>20 %；通过CBO晶体，还实现了1123nm四倍频281nm激光输出，输出功率1.3W，561.5至281 nm 转换效率13%。确定出LCB的最佳生长方向为[110]偏+b，以最佳方向生长的LCB晶体达63×25.5×18.5mm3；实现了LCB晶体24.5W的355 nm激光5小时的稳定运行；实现了7.8 1W的ps355 nm激光输出。本项目研究成果对于加速新型紫外深紫外非线性光学晶体的实用化，实现从材料到器件应用的全面优势具有重要意义。