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.     

紫外与深紫外非线性光学晶体的新进展

随着光刻、激光微加工以及激光光谱仪的发展,紫外与深紫外光谱区的相干光源变得越来越重要.本文简要地回顾了使用阴离子基团理论发展新型硼酸盐系列紫外与深紫外非线性光学晶体的历史,同时系统地介绍了这些硼酸盐系列晶体的线性和非线性光学性质.最后给出一些产生紫外与深紫外谐波输出的典型例子以及它们的应用.     

新型非线性晶体CLBO的缺陷研究

本文对新型非线性晶体CLBO的生长缺陷进行了分析研究.通过改进原料纯度,配料方法及生长工艺参数,消除了晶体中的缺陷,CLBO晶体的光学质量明显地得到改善.大大地提高了倍频转换效率.     

CLBO晶体的开裂机理及防开裂方法研究

CLBO晶体的开裂影响了这种性能优良的紫外倍频晶体的实际应用.如何防止晶体开裂,已成为研制CLBO晶体变频器件的关键问题之一.本文从分析CLBO晶体开裂的原因入手,探讨了晶体开裂的微观机理.在此基础上提出了防止晶体开裂的方法.使用溶胶凝胶法制备防潮薄膜,对晶体进行了防开裂实验,得到了初步的结果.     

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。     

用DSC法测定BBO、LBO和CLBO晶体的恒压比热容

本文用差示扫描量热法(DSC)测定了非线性光学晶体BBO、LBO和CLBO的恒压比热容,计算了在220～420K温度范围内每间隔10K的焓差值和熵差值.有关误差分析表明,该测试方法是有效的,并可用于其它晶体的恒压比热容的测量.     

离子束刻蚀处理CLBO晶体抛光表面的研究

本文研究了在不同作用时间、不同工件转速、不同入射角度等条件下离子束对CLBO晶体抛光表面的处理效果.用原子力显微镜来观察和比较了CLBO晶体抛光表面处理前后的形貌和粗糙度.试验结果显示,离子束刻蚀的时间并非越长越好;较大的工件转速使晶体表面粗糙度变大;当离子束入射角度在30～60°之间时,处理后晶体表面粗糙度均变小,90°入射时,粗糙度明显增大.试验证明,离子束处理对晶体抛光表面粗糙度Rz值影响较之Ra值更大.     

掺杂CLBO晶体的生长及性能研究

本文采用顶部籽晶泡生法进行掺杂CLBO晶体的生长及性能研究.分别掺入稀土离子Nd3+、Ce3+、Eu3+,均生长出透明晶体.通过测量掺杂CLBO晶体的荧光谱和定量分析晶体中杂质含量,证实这些杂质确实已掺入CLBO晶体中. 对掺杂晶体进行了吸潮特性和倍频效应的研究,发现掺杂CLBO晶体的吸潮性能有很大的改善,激光倍频转换效率仍然很高.     

Nd:GdVO4晶体Raman光谱理论计算和实验测量

根据商群对称性分析法对Nd:GdVO4(简称NGV)晶体的Raman光谱做了理论计算,测量了NGV不同配置下的Raman光谱.商群对称性分析法得到的结果与实验测量相符.     

CLBO晶体生长与紫外倍频性能研究

CLBO晶体是一种性能优良的新型激光紫外倍频晶体材料,本文采用改进的顶部籽晶法生长出大尺寸、高光学质量的CLBO晶体.用尺寸为6mm×5mm×10mm的CLBO四倍频样品测量了晶体对Nd:YAG,1064nm四倍频的紫外倍频性能,266nm激光输出功率达到780mW.针对CLBO晶体的潮解开裂问题,在CLBO倍频器工作和存放时,采用恒温加热套管保护,有效地防止了晶体的潮解开裂.     

稀土离子掺杂氟化物激光晶体研究进展

稀土离子掺杂氟化物晶体具有宽透光波段高透过率、低声子能量、长荧光寿命、负热光系数等优良特性,可以产生从紫外到中红外波段激光,是一类重要的激光增益介质。本文综述了本团队在稀土离子掺杂LiLuF₄、LiYF₄、BaY₂F₈、LaF₃、PbF₂、CeF₃等氟化物晶体生长、光学和激光性能等方面的研究进展,总结了稀土离子共掺敏化、退激活、能级耦合调控以及多离子发光等方面的研究工作,展望了稀土离子掺杂氟化物激光晶体的研究发展趋势。     

非线性光学晶体Na3La9O3(BO3)8的高功率纳秒激光三倍频特性研究

本文对新型非线性光学晶体Na₃La₉O₃(BO₃)₈(NLBO)三倍频产生355 nm紫外纳秒激光的特性进行了研究。以重复频率10 kHz、脉冲宽度10 ns的高功率1 064 nm调Q激光器作为基频光源,采用I类相位匹配的LBO和NLBO晶体分别作为倍频晶体和三倍频晶体,获得平均输出功率152.5 mW的355 nm紫外纳秒激光输出,为目前采用NLBO晶体获得355 nm紫外激光的最高输出功率。本文还研究了NLBO晶体在实现三倍频最佳输出时晶体偏转角度随温度的变化规律,从实验角度对NLBO晶体在不同温度下的三倍频最佳相位匹配角度进行了修正。     

钼酸盐激光晶体的研究进展

对钼酸盐激光晶体材料的结构、生长技术、光谱特性等特点在国内外的研究进行了综述,认为作为激光晶体材料可以利用的钼酸盐分为类白钨矿型和钾钠铅矾型,在合成方法上以提拉法为主,但由于挥发及生长工艺等问题,晶体会出现色心、晶裂等现象.结合前人对该类材料的生长技术研究,我们重点对掺Yb3+离子的白钨矿型钼酸盐激光晶体光谱学特点进行了研究和总结,认为掺Yb3+离子的白钨矿型钼酸盐有望成为新一代的激光晶体材料.     

可调谐激光晶体Cr:GSGG的光谱分析及晶场参数计算

用提拉法成功生长出了优质的Cr3+:Gd3Sc2Ga3O12晶体,测定了室温下的吸收光谱和不同温度下的荧光光谱,计算了晶场参数,发现荧光峰值及晶场参数与以前文献报道的均不相同.吸收光谱中,在458.5nm和642.5nm出现了较强的宽带吸收峰,分别对应于Cr3+的4A2→4T1和4A2→4T2的吸收跃迁,在678nm处又叠加了一个非常弱的吸收峰,对应于4A2→2T1的吸收跃迁.测试了晶体从7K到室温的荧光光谱和荧光寿命,在650～850nm范围内出现了宽带荧光,对应于Cr3+的4T2→4A2的发射跃迁.随着温度的升高,荧光峰向长波方向移动,荧光峰半高宽增大,室温下其荧光峰值在732nm,半高宽约为80nm.低温(7K)下的荧光谱中,在694nm处观察到了尖而锐的R线(零声子线),对应于Cr3+的2E→4A2的发射跃迁.由于温度猝灭效应,随着温度升高,晶体的荧光寿命降低,室温下荧光寿命约为114μs.计算了晶场强度参数Dq/B=2.49,4T2零声子能级与2E能级的间距△E为204cm-1,这些参数表明Cr3+处在较弱的晶场中,有利于4T2→4A2的宽带跃迁,Cr:GSGG晶体是较为理想的可调谐激光工作物质.     

CLBO晶体表面化学腐蚀和开裂机理的研究

硼酸锂铯(CLBO)是一种性能优良的紫外倍频晶体,但在室温大气环境中使用时晶体容易开裂,影响了它的实际应用.本文用水(或/和)甘油作为腐蚀剂,对不同取向的CLBO晶体表面进行了腐蚀,对比了表面的腐蚀图案;通过纯甘油和纯水的腐蚀剂作用对比,并结合CLBO晶体晶胞内原子的排列情况,揭示了CLBO晶体开裂的微观机理:水分子从(100)或者(010)面上的结构通道进入CLBO晶体,与Cs、Li和B原子反应,生成Cs2B10O16·8H2O、α-Li4B2O5和H3BO3,打开了CLBO晶体的键链,从而引起晶体的开裂;最后展示了CLBO晶体由于水的侵蚀而开裂的全过程.     

掺钇钨酸铅晶体缺陷的理论计算

采用基于密度泛函理论的相对论性离散变分和嵌入团簇方法,计算了掺钇PbWO4晶体中多种相关缺陷的电荷分布和不同团簇缺陷结合能,并讨论了相关缺陷的电荷补偿机制.VPb是掺Y钨酸铅晶体中主要的电荷补偿方式.YPb3++VPb相关缺陷可能是晶体中存在的主要缺陷,其中[2(Y3+Pb)-VPb']在晶体中更稳定.缺陷态[2(Y3+Pb)-VPb']和[(Y3+Pb)-VPb']的态密度分布及其激发能的计算结果表明:掺Y晶体O2p→W5d的跃迁能量均为4.3eV,使周围WO42-禁带宽度增大,可改善420nm与350nm的吸收,并通过减少VPb-VO联合空位可有效抑制PbWO4晶体的本征吸收.晶体中掺Y与掺La对发光影响不同,掺Y可敏化PWO晶体的蓝发光.