福建物构所深紫外非线性光学晶体材料研究获新进展

<正>深紫外激光具有波长短、光子能量高等优点,因而在高分辨率成像、光谱应用、微细加工等诸多领域具有重要的应用价值,利用深紫外非线性光学晶体进行变频是获得深紫外激光的主要手段。优良的深紫外非线性光学晶体既要具有大的非线性光学效应,又要具有短的紫外吸收边,而这两种性能在某种程度上是相互冲突的,这就需要在两者之间达到一个微妙的平衡。目前,已知的深紫外非线性光学晶体几乎都是硼酸盐,基     

含共轭键的紫外非线性光学晶体

紫外非线性光学晶体是实现短波紫外光源输出的关键材料,目前短波紫外变频晶体主要依赖硼酸盐晶体,由于实际应用对晶体综合性能提出更高要求,而进一步发现新型硼酸盐非线性光学晶体难度不断增大,开拓新的材料体系显得尤为迫切.从硼酸盐结构与非线性光学效应关系可知,含有平面共轭基团的硼酸盐具有大的倍频系数、合适的双折射率和短的紫外截止边等特性,平面共轭基团是硼酸盐非线性光学晶体的核心功能基元.因此拓展平面共轭基团研究是探索新体系紫外非线性光学晶体材料的关键环节.基于基团的构效关系,我们团队率先提出以同样是具有平面三角共轭结构的碳酸盐、硝酸盐等化合物为研究对象,拓展紫外非线性光学晶体材料的探索范围.此外,近来我们团队把研究范围进一步拓展到了一些有机共轭体系,例如氰尿酸盐.本文将主要介绍我们团队近年来在碳酸盐、硝酸盐和氰尿酸盐紫外晶体探索方面取得的研究结果.     

CLBO晶体和频产生深紫外激光的理论计算与实验结果

本文介绍了深紫外非线性光学晶体CLBO的光学特性,推导出了CLBO晶体和频时的相位匹配角、有效非线性系数、走离角、允许角宽度和允许温度范围的公式,并进行了详细计算.根据计算结果可知,CLBO晶体和频可以实现深紫外激光的有效输出,并且具有大的有效非线性系数、小的走离角、大的允许角宽度和允许温度范围.由此设计了1064 nm近红外激光和238.7 nm 紫外激光通过CLBO晶体和频产生195 nm深紫外激光的系统方案,并在实验中实现了平均功率217 μW、重复频率10 Hz的195 nm 激光的稳定运转.     

新疆理化所含钒氧基元的钒硼酸盐晶体的理论研究获进展

激光光源的波长拓展很大程度上依赖于频率转换器件材料——非线性光学晶体的变频能力。随着激光在紫外和深紫外波段应用的日益重要,如何设计合成性能更优的硼酸盐非线性光学材料以及硼酸盐以外的紫外和深紫外非线性光学材料是当前研究的重点和热点。     

新疆理化所含铅磷酸盐非线性光学晶体材料研究获进展

正非线性光学晶体是固态激光器必不可少的部分,广泛应用于激光技术、光学通讯、光学数据存储和光信号处理等方面。利用非线性光学晶体的性质,可实现各种激光的频率转换,是开辟新的激光光源的根本途径。为了探索紫外/深紫外非线性光学晶体材料,在设计合成时优先会考虑碱金属,碱土金属硼酸盐体系。近几年来,由于磷酸盐材料具有短紫外截止边的优势,成为探索紫外/深紫外非线性光学晶体材料的研究体     

KBBF深紫外非线性光学晶体最新研究进展

本文系统介绍了我国KBBF深紫外非线性光学晶体的最新研究进展.包括从KBBF晶体的发现历程,KBBF晶体生长、棱镜耦合器件技术的发展,以及产生深紫外相干光源的能力,到这些深紫外相干光源的应用,尤其在超高分辨率光电子能谱仪方面的应用及最新研究成果.     

B3O7基团型硼酸盐非线性光学晶体研究进展

以B3O7基团为基本结构单元的硼酸盐非线性光学晶体LiB3O5,CsB3O5,CsLiB6O10具有紫外透过波段宽,非线性光学系数较大,光损伤阈值高的共同特性,有利于紫外波段激光频率变换,本文综合叙述了B3O7基团型硼酸盐非线性光学晶体的研究进展。     

紫外、深紫外非线性光学晶体探索十年回顾

本文讨论了近10年来我们研究组在探索紫外、深紫外非线性光学晶体方面的经历。这些经历中有成功的一面,也有不成功的一面。成功的一面包括KBBF晶体的发现及最短倍频波的输出(184.7nm),以及最近使用的一种特殊的器件设计,使KBBF晶体能够产生有效的深紫外谐波光输出;KABO晶体的发现及厘米级晶体的获得,有可能使此晶体在Nd∶YAG激光的4、5倍频器件中得到应用。而我们没有想到的是线性和非线性光学性能均很优秀的SBBO晶体,却发现结构的完整性有问题,目前还不能得到实际的应用,在今后仍需花很大的精力去研究它。最后,我们虽然已花了10年时间,但深紫外非线性光学晶体仍旧没有得到理想的解决,还需我们继续努力。由此可见,一个科学问题的认真解决,是需要花非常长的时间。本文希望把我们研究组的近10年来的经验写出来,供大家参考,以求共勉。     

含平面共轭构型的非线性光学晶体

紫外非线性光学晶体是组成紫外固态激光器的关键材料。目前,紫外非线性光学晶体主要依赖硼酸盐晶体,但已有的硼酸盐晶体并不能完全满足应用需求,而进一步研发新型硼酸盐非线性光学晶体难度不断增大,因此开拓新的材料体系显得尤为迫切。从硼酸盐结构与非线性光学效应关系可知,含有平面共轭基团的硼酸盐具有大的倍频系数、合适的双折射率和短的紫外截止边等特性,因此平面共轭基团是硼酸盐非线性光学晶体的核心功能基元。基于几何构型拓展平面共轭基团研究是探索新体系紫外非线性光学晶体材料的重要思路和关键环节。基于此,本团队提出以具有平面三角共轭结构的碳酸盐、硝酸盐、胍盐和具有平面六元环共轭结构的氰尿酸氢盐、巴比妥酸氢盐等化合物为研究对象,拓展紫外非线性光学晶体材料的探索范围。本文将主要介绍本团队近年来在碳酸盐、硝酸盐、胍盐、氰尿酸氢盐、巴比妥酸氢盐紫外晶体探索方面取得的研究成果。     

新型深紫外非线性光学晶体材料探索取得重要突破

探索新型深紫外非线性光学材料是现代科学研究的一个重要的前沿方向。如何获得具有大的非线性光学系数、合适的双折射率、以及优良的物理化学性能和良好生长习性的紫外、深紫外非线性光学晶体已经成     

从矿物宝石到光电功能晶体——解读蒋民华先生《晶体赋》

晶体美丽有用,构造和谐有序。光电功能晶体可实现光能和电能的相互转化,在微电子、光电子、通信、航天及现代军事技术等高科技领域占有重要地位。人类认识晶体,源于天然矿物。从矿物晶体的发现到光电功能晶体的人工生长和应用经历了漫长的发展,晶体种类、晶体质量、生长理论、生长技术以及应用等方面均取得了较大进展。本文简述了从矿物宝石到晶体学发展的历程,介绍了压电晶体、电光晶体、激光晶体、非线性光学晶体和闪烁晶体等几类光电功能晶体发展历程及晶体生长研究的进展,展望了未来光电功能晶体的发展趋势。     

非线性光学晶体的研究进展

本文比较了无机、有机、半有机三类非线性光学晶体的性能、研究进展以及面临的主要问题和发展趋势;评述和展望了近年来出现的半有机非线性光学晶体的研究意义、潜在优势和发展前景.     

(Gd0.99-xYxCe0.01)2Si2O7晶体的生长及发光特性

通过光学浮区法制备了铈掺杂焦硅酸钇钆(Gd_0.99-xY_xCe_0.01)₂Si₂O₇ (x=0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7) (简写为GYPS∶Ce)闪烁晶体,并用X射线衍射(XRD)进行了物相识别,发现其属于正交晶系Pna21。通过真空紫外(VUV)激发和发射光谱、光致发光(PL)衰减曲线、X射线激发发射(XEL)光谱、γ射线脉冲高度谱等表征了它们的光致发光特性和闪烁特性。VUV和XEL光谱的发射峰均位于360 nm左右,对应于5d→4f跃迁。样品的PL衰减时间在29.1~32.9 ns之间;闪烁衰减时间快分量约为28~68 ns,慢分量约为256~583 ns。晶体存在Gd³⁺→Ce³⁺的能量传递行为。     

A survey of research on KTP and its analogue crystals

This paper reviews the growth and properties of KTiOPOP₄ (KTP) and its analogue crystals including its isomorphous crystals and doped crystals. Based on the calculation of the refractive indices and phase matching of KTP crystals, it is shown that non-critical phase matching can be achieved theoretically. In a 4%Nb-doped KTP crystal, non-critical phase matching was obtained with a pulsed Nd:YAG laser in an efficiency of ca. 4%. Most of the isomorphous and doped KTP crystals possess similar physical, optical and nonlinear optical properties as those of KTP.RbTiOPO₄, KTiOASO₄ and RbTiOASO₄ crystals have better electrooptical figure of merit and RbTiOPO₄ crystals have a fast ion conductor character. Some doped KTP crystals have shown high second harmonic generation efficiencies and damage thresholds. But the homogeneity of KTP analogue crystals is poorer than that of KTP. On the base of damage threshold tests using a CW Argon laser, it is concluded that the best second harmonic generation crystal among all the KTP analogue crystals is still KTP itself. Special care must be taken to eliminate impurity centers to avoid the formation of gray track and photorefractive centers.     

ZnGeAs2多晶合成与表征

ZnGeAs2是黄铜矿结构的三元化合物半导体材料,在红外非线性光学方面有重要应用前景.本文探讨了ZnGeAs2多晶的形成途径和合成机理,报道了一种ZnGeAs2多晶合成方法.以高纯(6N)Zn、Ge、As单质为原料,按化学计量比,富Zn1‰和As2‰配料,采用双温区合成方法,辅以机械、温度振荡和梯度降温的合成工艺,合成出均匀致密的单相ZnGeAs2多晶.经XRD和EDS分析表明:合成产物为黄铜矿结构的单相ZnGeAs2多晶,晶胞常数为a=b=0.56745 nm,c=1.11580 nm,与标准PDF卡片(No.730397)一致;各组成元素的原子比Zn∶Ge∶AS=1.00∶0.98∶1.95,接近理想化学计量比.上述分析结果表明,合成产物可用于ZnGeAs2单晶生长,为进一步研究ZnGeAs2晶体的非线性光学性能和应用奠定了较好的基础.     

新型中、远红外波段非线性光学晶体磷化锗锌

中、远红外波段黄铜矿类半导体晶体磷化锗锌(ZnGeP2,ZGP)非线性系数、热导率、光损伤阈值高,在中、远红外波段的频率转换方面有广阔的应用前景,特别是其非线性系数是KDP的160倍,是已知非线性光学晶体中最高者之一.该晶体的生长及其应用研究正在逐渐引起各国政府和科研人员的高度重视,并成为材料与光电子(激光)领域的研究热点之一.本文全面综述了该晶体的物性与电光性能,以及多晶原料的合成与单晶的生长方法和其应用前景.     

Ⅰ类高氘DKDP晶片性能研究

受到晶体尺寸以及非线性光学性能的影响,目前可供选择的非线性晶体非常有限。DKDP晶体作为传统大尺寸光电材料,在光参量啁啾脉冲放大(OPCPA)装置中得到了应用。高氘化的DKDP晶体有更好的光学性能,然而生长出高氘化DKDP晶体对生长环境等有更加严格的要求。本文通过改良的原料合成罐以及生长槽,采用点籽晶快速生长法成功生长出高氘DKDP晶体。按照Ⅰ类(θ=37.23°, φ=45°)切割方式制备样品,并对其氘含量、透过率、光学均匀性以及晶体激光损伤阈值进行测试。实验结果表明,晶体的平均氘含量达到98.49%,在可见-近红外波段下具有较宽的透过波段和较高的透过性能。R-on-1的测试结果显示,在3 ns、527 nm条件下,DKDP晶体的激光损伤阈值达到了19.92 J/cm²。晶体光学均匀性均方根达到了1.833×10^-9,表明晶体具有良好的光学均匀性。     

碳酸钙镁石家族非线性光学晶体研究进展

自倍频晶体是将激光和非线性光学效应集于一体的一类晶体,可以实现波长变换、调幅、开关、记忆等功能,被广泛应用于光电子、光通信、激光等领域。然而现有的Nd∶LiNbO₃(Nd∶LN)、Nd∶Na₃La₉O₃(BO₃)₈(Nd∶NLBO)、Nd∶La₂CaB₁₀O₁₉(Nd∶LCB)等晶体由于固有的光折变效应、二次谐波(SHG)输出功率低、光学均匀性差等缺点限制了其进一步的应用,发展新的激光自倍频晶体具有重要的意义和价值。碳酸钙镁石家族硼酸盐晶体由于具有较大的非线性光学(NLO)系数、不易潮解、优异的光学性能和机械性能等优点,近几十年来成为人们重点研究的对象。本文从晶体结构、生长方法、性能、发展趋势等方面,着重介绍了碳酸钙镁石家族REM₃(BO₃)₄(RE为稀土元素La-Lu和Y;M为Al,Ga,Sc)和La_xRE_ySc_z(BO₃)₄(RE=Gd,Y,Nd,Lu,Sm,Tb;x+y+z=3)共取代型硼酸盐非线性光学晶体。对比了不同助熔剂、气氛、方法生长的晶体的紫外(UV)截止边、光学性能、非线性性能的差异。通过改善生长工艺,进行元素掺杂等可以得到光学性能良好、非线性性能显著、有广泛市场应用前景的自倍频(SFD)晶体。     

Anisotropic properties of Nd:ReCOB (Re=Y,Gd):A low symmetry self-frequency doubling crystal

The anisotropy of low symmetry Nd:YCOB and Nd:GdCOB crystals, including their linear and nonlinear optical properties, as well as their laser and SFD properties, are discussed in detail, for the first time, in this paper. We have found the optimum directions of doubling-frequency for these crystals are not in the principle planes.     

A Novel Nonlinear Optical Complex Crystal with an Organic Ligand Coordinated through an O Atom: Tetrathiocyanatocadmiummercury‐Dimethyl Sulfoxide

A novel nonlinear optical complex crystal with an organic ligand coordinated through an O atom: tetrathiocyanatocadmiummercury‐dimethyl sulfoxide, [CdHg(SCN)₄(H₆C₂OS)₂], (CMTD) is reported for the first time. Single crystals have been grown by temperature‐lowering method, the crystals tructure has been determined, and some physical properties are given. The relations between the crystal structure and nonlinear optical properties are also discussed.