大功率、短波长、窄线宽深紫外全固态激光器研究

全固态激光器（DPL）具有体积小、寿命长、效率高和光束质量好等优点，属激光技术的重大发展方向。深紫外（DUV）波段（指短于200nm的波段）DPL研究属国际前沿性课题。我国在该领域处于领先优势，发明了目前唯一可通过直接倍频有效产生深紫外激光的方法- - 棱镜耦合技术（PCT），拥有从晶体生长到激光技术的全部知识产权。本项目针对DUV－DPL应用向高功率、窄线宽、短波长发展的需求，研究、设计、制备高性能满足需求的KBBF-PCT器件，结合非线性频率变换技术，进行大功率（>100 mW）177.3 nm、窄线宽177.3nm、更短波长（～167 nm）深紫外激光有效输出探索等研究。.本项目的开展有利于保持我国在深紫外全固态激光研究方面的领先优势，开拓新的深紫外激光应用领域，有助于我国在物理、化学、材料、信息、生命、资环等领域创建新的研究方向和科技前沿。

针对DUV-DPL向高功率(>100mW)，窄线宽及短波长(<170nm)方向发展的迫切应用需求,本项目通过突破高光学质量、低吸收KBBF晶体生长与高损伤，短波长KBBF-PCT器件制备及系列新型高性能基频激光源与相应高效多级变频技术，取得了重要研究成果：1、KBBF晶体生长及器件研制方面，通过生长优化创新，实现了大透明区(50×50mm),大厚度(>3mm)晶体毛坯，并首次研究了晶体非本征紫外吸收特性；提出了创新的深度光胶技术，分别研制出高损伤深度光胶及新型短波长KBBF-PCT器件；2、窄线宽DUV-DPL方面，基于环形行波腔、标准具限频及LBO晶体变频获得了窄线宽355nm激光输出，利用此基频源，首次实现了12.7mW、～0.9pm、177.3nm深紫外激光输出；3、大功率DUV-DPL方面，基于窄线宽种子注入Nd:YAG放大器及LBO晶体变频，获得了高功率、窄线宽355nm激光输出，利用此基频源，首次实现了146.5mW、～1pm、177.3nm深紫外激光输出，倍频效率达2.8%，相关结果被国际著名期刊Nature Photonics作为研究亮点特别推介；进一步利用高功率皮秒355nm基频源，基于深度光胶KBBF-PCT器件，实现了200mW级177.3nm激光国际最高输出；4、短波长DUV-DPL方面，研制了新型高峰值功率330nm基频源，基于短波长KBBF-PCT器件，首次实现了2.14mW的165nm深紫外激光输出；研制了新型ps、MHz、335nm基频源，首次实现了65µW的167.7nm深紫外激光输出，并成功研制工程样机，配套于国际首创大动量深紫外激光光电子能谱仪。. 本项目的开展将DUV-DPL推向了一个新的台阶，保持了我国在该领域的持续创新与领先，直接推动了新型深紫外先进科研仪器开发，有助于我国物理、化学、材料、信息、生命、资环等领域创建新的科技前沿。