我国科学家创制新型非线性光学晶体 首次实现全波段相位匹配

科技日报记者 陆成宽

7月14日，记者从中国科学院新闻发布会获悉，我国科研人员成功创制一种新型非线性光学晶体——全波段相位匹配晶体。该晶体首次实现了全波段双折射相位匹配，将为我国半导体材料检测提供重要支撑，同时有望应用于大科学装置。相关研究成果在线发表于《自然·光子学》杂志。

激光是20世纪人类最重大的发明之一，正奇迹般地改变着我们的世界。近60年来，13项诺贝尔奖与激光技术密切相关。激光由激光器产生，其波长受到激光器所使用的放大介质和激发方式等因素的限制，一般为固定值，并且调控范围有限。

但是，人类迫切需要获得不同波长、不同能量的激光，以满足不同应用场景需求。比如，在环境监测、材料加工等领域，针对不同的介质和反射性能，需要选择不同波长的激光。

非线性光学晶体是获得不同波长激光的物质条件和源头。“相位匹配是提高激光输出效率的重要手段，但是在晶体中实现应用波段相位匹配，一直被认为是重要的技术挑战之一。”论文第一作者、中国科学院新疆理化所研究员米日丁·穆太力普说，目前有多种技术方案可供选择，其中利用晶体各向异性的双折射相位匹配技术被寄予厚望。

在此背景下，研究团队首次提出关于非线性光学晶体理想状态的假设，即假设在基于双折射相位匹配的非线性光学晶体中可以实现“紫外截止边等于最短匹配波长”。“在这个理想状态下，晶体在整个透过范围内，及全波段范围内，实现双折射相位匹配。”论文通讯作者、中国科学院新疆理化所所长潘世烈解释道。

研究团队从理论方法、材料设计和高性能晶体制备方面开展了系统工作，成功创制出综合性能优良的深紫外光学晶体四氟硼酸胍（GFB）。该晶体可以实现对晶体材料透过范围内任意波长的相位匹配。

潘世烈表示，在理论上，这项研究提出了全波段相位匹配晶体这一新概念，为实现整个透光范围内的双折射倍频激光输出提供新思路；在应用上，GFB晶体可实现1064纳米激光器二、三、四、五倍频高效、大能量输出，有望满足半导体晶圆检测等领域的重大需求；同时GFB晶体具有生长容易、成本低、效率高、抗激光损伤等优势，有望成为应用于大科学装置的新晶体材料。