类KBe_2BO_3F_2结构硼酸盐深紫外非线性光学材料的研究进展

利用非线性光学(NLO)晶体材料和变频技术,可以把波长范围有限的激光光源扩展到紫外、深紫外区,这已成为深紫外光源的热点研究方向.然而,目前限制深紫外全固态激光器发展和应用的关键问题是缺乏能够在该波段进行频率转换并且产业化应用的NLO晶体材料.因此,该领域的各国科学家都在积极探索并发展新一代的深紫外NLO晶体材料.目前仅有KBe_2BO_3F_2 (KBBF)晶体能够实现Nd:YAG的直接六倍频深紫外激光(波长为177.3 nm)输出.然而, KBBF晶体存在严重的层状生长习性,并且其原料氧化铍有剧毒,从而极大地制约了其商业化生产和应用进程.根据阴离子基团理论,以BO_3基团为基本结构单元形成的类[Be_2BO_3F]层状结构特征仍然是目前最有利于产生深紫外谐波的适宜结构之一,因此,基于KBBF层状结构进行分子工程设计,并开发类KBBF结构的硼酸盐可能是探索新材料的优选策略.本文通过回顾类KBBF结构硼酸盐深紫外NLO晶体的发展历程,系统梳理该类晶体材料层状结构特点、不同层间连接方式和光学性能,分析限制深紫外NLO晶体发展的主要因素,讨论目前发展类KBBF结构硼酸盐深紫外NLO晶体材料的主要矛盾和解决策略,以期对未来新材料的创新探索提供借鉴.     

深紫外非线性光学晶体及全固态深紫外相干光源研究进展

全固态深紫外相干光源在前沿科学、高技术等领域均有重要应用。产生全固态深紫外相干光源的一种有效而可行的技术途径是将商业化的可见、近红外全固态激光作为基频光源,通过非线性光学晶体的多级变频技术产生深紫外激光。本文系统地介绍了深紫外非线性光学晶体及全固态深紫外相干光源的研究进展。主要以KBBF晶体为代表,详细介绍了发现KBBF晶体的过程,晶体生长技术,棱镜耦合器件技术,KBBF晶体的主要光学性质以及产生深紫外相干光源的能力,同时证实了KBBF晶体是目前能使用直接倍频方法实现深紫外激光输出的非线性光学晶体。此外,文中还详细介绍了基于KBBF晶体及棱镜耦合技术的深紫外相干光源的应用情况,尤其是在超高分辨率光电子能谱仪方面的应用及取得的重要成果。最后,展望了深紫外非线性光学晶体及全固态深紫外激光技术的发展方向。     

新型硫族化合物在中红外非线性光学晶体方面研究进展

利用红外非线性光学晶体材料对已有的成熟的激光光源进行频率转换是获得3~5μm和8~12μm"大气窗口"红外激光的主要方法。传统的红外非线性光学晶体存在缺陷,不能满足应用要求,需要探索新型的红外材料。综述了以硫族化合物为研究对象,寻找新型中红外非线性光学晶体材料的研究进展。介绍了Li MQ2(M=Ga,In;Q=S,Se,Te),BaGa4S7,BaGa4Se7,BaGa2MQ6(M=Si,Ge;Q=S,Se)及Li2In2MQ6(M=Si,Ge;Q=S,Se)的研究进展。     

中远红外非线性光学晶体研究进展

3—5μm和8—12μm波段中远红外激光,在国防和民用领域均具有广泛的应用,作为全固态激光频率转换系统的核心部件,非线性光学晶体需要不断地优化和发展.本文从红外非线性光学晶体材料组成角度出发,总结了几种具有重大应用前景的磷族化合物(ZnGeP_2,CdSiP_2)、硫属化合物(CdSe, GaSe, LiInS_2系列,BaGa_4S_7系列)以及准位相匹配晶体(OP-GaAs, OP-GaP)等中远红外波段非线性光学晶体的研究进展.     

准分子激光辐照HgCdTe半导体材料的损伤机理研究

利用光学显微镜和扫描电子显微镜对248 nm准分子脉冲强激光辐照的HgCdTe晶片表面进行了观察,观察到一些与红外波段内激光辐照HgCdTe晶片时大不相同的实验现象.研究表明,红外波段内1 064nm激光辐照HgCdTe半导体材料的损伤机制主要为光热作用,而紫外波段248 nm准分子激光对HgCdTe材料的损伤机制既包含光化学作用也包含光热作用.分析了准分子激光对晶体的机械破坏现象,同时对HgCdTe材料在激光辐照区的条纹产生机理进行了探讨,发现激光驱动声波理论模型比光学模型和热导波模型能更好地解释HgCdTe晶体表面的条纹现象.     

非线性光学材料倍频效应测试系统研究

开展了一种红外和可见波段非线性光学性能测试研究。该研究基于二阶非线性光学原理, 结合光电信号探测技术, 提出了一种采用红外OPO激光以及把倍频光及其他光效应产生的光通过谱仪分光并结合CCD阵列探测器加以区分探测的新检测方案。主要解决了测试使用1 064 nm光源时, 材料的倍频信号532 nm被样品吸收后而探测不到倍频信号的缺点, 以及准确测量了倍频信号强度, 排除了其他光学效应产生的噪声干扰。其特点是采用1 064和1 905 nm的双波长激光替代单一波长的激光源, 该方案能适用于可见和红外非线性材料光学性能的测试。研究工作包括测试系统组成, 工作原理和测试方法, 并给出了采用本方法测试KTP, KDP, AGS以及几种新的红外非线性材料的实验结果, 并且发现了几种有前途的非线性光学晶体材料。研究结果表明本方法具有稳定可靠、判别精度高、操作简单等优点, 可以有效地定性或半定量测试材料的可见-红外非线性光学性能, 为研究可见、红外乃至紫外二阶非线性光学材料提供重要的测试手段。     

基于人造金刚石晶体的拉曼激光器研究进展

受激拉曼散射是一种重要的非线性光学频率变换技术,在拓展激光波段方面有十分广泛的应用前景。因此,寻找具有优良光学性质的拉曼介质,提高拉曼激光器性能,具有重要的研究价值。相比于传统的固体拉曼晶体,人造金刚石晶体具有拉曼增益系数大、拉曼频移大、导热率高和透过性好等显著优点,基于人造金刚石晶体的拉曼激光器能够获得更高的输出功率和转换效率。本文简要介绍了化学气相沉积法(CVD)制备的金刚石晶体的光学性质和热学特性,总结了基于人造金刚石晶体的拉曼激光器在紫外波段、可见光波段及红外波段的研究现状,并对其发展进行了展望。     

基于非线性频率变换的长波红外激光器研究进展

8～12μm长波红外波段激光位于大气传输窗口并覆盖诸多气体分子的吸收带,在大气探测、光电对抗等领域具有重要的应用。目前,通过粒子数反转激光器直接辐射以及非线性频率变换间接辐射是实现8～12μm长波红外激光输出的主要方式。其中,基于非线性光学晶体频率转换的长波红外激光器具有结构紧凑、波长选择灵活、功率拓展性强等优势,近年来得到了快速发展和广泛应用。本文对二阶非线性频率变换的光学晶体、工作原理,以及获得长波红外激光的研究进展进行综述,并对基于受激拉曼散射的三阶非线性频率变换获得长波红外的方法进行了介绍和展望。     

真空紫外到深紫外波段基底材料的光学特性

 研究了真空紫外到深紫外波段常用的基底材料,给出了常用基底材料的光学特性和在真空紫外波段的截止波长,测量了这些材料在120~500 nm的透过率,给出了通过透过率计算弱吸收基底光学常数的计算方法,并用该方法得到了熔石英、氟化镁晶体、氟化钙晶体、氟化锂晶体在120~500 nm的折射率和消光系数,对这些常用基底的使用范围和特点进行了一定的比较和分析,并将所得基底的光学常数与公开发表的文献进行了比较,证明了所得结果的可靠性。     

具有中心对称结构的3m点群晶体中紫外三次谐波的产生

研究了中心对称晶体中的三阶非线性频率转换,并在这类晶体中实现了紫外激光的有效输出.确定了负单轴晶体的相位匹配角公式及相应的相位匹配角.选择带有离域共轭π键的冰洲石晶体和α-BBO晶体进行实验.以飞秒激光作为基频光,在Ⅱ类相位匹配方式下,利用α-BBO晶体获得了最高单脉冲能量为37.6μJ的266nm紫外三次谐波,最高转换效率为2.5%;利用冰洲石晶体获得了最高单脉冲能量为19.3μJ的266nm紫外三次谐波,最高转换效率为1.25%.该研究验证了利用中心对称晶体的三阶非线性效应直接获得紫外激光的可行性和获得深紫外激光的可能性,为紫外非线性晶体的探索和深紫外激光的研究提供参考.     

Phase-matching properties of nonlinear crystals in deep ultraviolet

We at present, can use a few nonlinear crystals such as LiB₃O₅ (LBO), CsLiB₆O₁₀ (CLBO), KBe₂BO₃F₂ (KBBF) in deep ultraviolet (DUV) below 200 nm. Since the properties of these crystals have not been theoretically investigated in deep ultraviolet, we have performed the calculations of the frequency doubling, sum frequency phase matching and effective nonlinear coefficients of LBO, CLBO and KBBF crystals in DUV waveband. We have also investigated the possibility of DUV output generation in these crystals.     

Ba1-xB2-y-zO4SixAlyGaz晶体和频可调谐深紫外飞秒激光器

介绍了一种基于新型非线性晶体Ba_1-xB_2-y-zO₄Si_xAl_yGa_z 的可调谐深紫外飞秒激光光源. 从理论上分析了基频光和倍频光在通过非线性晶体时所造成的空间走离和群速度失配, 为了补偿空间走离以及波长调谐过程中晶体折射造成的光束偏离现象, 将两块相同的倍频晶体成镜像放置来产生二次谐波. 并调节延迟线的长度来补偿基频光和倍频光之间的群速度失配, 从而提高和频转换效率. 然后通过和频方式进行三倍频和四倍频来突破晶体相位匹配条件的限制, 产生了波长低于200 nm的深紫外飞秒激光. 利用钛宝石激光器提供基频光光源, 最终在250–300 nm, 192.5–210 nm 范围内获得了高重频、可调谐超短脉冲紫外和深紫外激光. 并在基频光波长为800 nm时, 得到的二倍频、三倍频和四倍频的功率分别为1.28 W, 194 mW和5.8 mW, 相对于前一级的转换效率依次为46.14%, 15.16%和3%. 采用互相关法测量得到266.7 nm紫外激光的脉冲宽度约为640.4 fs.     

去除光学器件弹光双折射的方法

在电光、磁光调制器和传感器等光学器件的制作和使用过程中,经常会产生影响器件性能的弹光双折射.根据折射率椭球分析法,通过系统分析各晶系晶体的弹光效应,提出了若干去除光学器件中静态弹光双折射的方法.主要结论包括:对于正交晶系的双轴晶体,当光波沿着晶体任意一个主轴方向传播时,如果作用于晶体另外两个主轴方向的应力能够满足某一与晶体自身参数有关的倍数关系且不存在剪切应力,则可以去除这两个应力引起的弹光双折射;对利用所有单轴晶体,ˉ43m,432,m3m点群的立方晶体和匀质光学玻璃制作的光学器件,如果能够保持晶体沿着x1,x2轴方向的正应力相等且不存在剪切应力,或只对晶体施加x3方向的正应力,也可以避免沿着晶体主光轴x3方向传播光波的弹光双折射.上述去除弹光双折射的方法对光学器件的设计、制作和使用具有重要参考价值.     

A phase-matchable nonlinear optical crystal 4-amino-5-mercapto-3-[1-(4-isobutylphenyl)ethyl]-1,2,4-triazole: Synthesis,crystal growth and characterization

In this paper, we report the synthesis, growth and characterization of a new organic NLO single crystal of 4-amino-5-mercapto-3-[1-(4-isobutylphenyl)ethyl]-1,2,4-triazole (AMIT). The title compound is synthesized and single crystals were grown by the slow evaporation technique at room temperature. The grown crystal was characterized by powder XRD, FTIR, UV-Vis. and microhardness studies. The thermal analysis of the crystal was carried out by TGA, DTAand DSC. FromDSC, the melting point of the crystal is found to be 168°C. The scanning electron microscopy (SEM) provides information about the surface morphology of the crystal. The SHG efficiency has been estimated as 0.3 times that of KDP using Kurtz powder method and is found to be a phase-matchable NLO crystal.     

High-efficiency fourth-harmonic generation of KBBF crystal

A prism-coupled technique (PCT) was introduced in the SHG experiment of KBe₂BO₃F₂ (KBBF) crystal. 266-nm ultraviolet energy of 0.28 mJ was obtained by using this method in a KBBF crystal at the input energy of 2.6 mJ, corresponding to a conversion efficiency of 10.8%.     

偏硼酸钡低温相的晶体结构

本文报道了新型信频材料——偏硼酸钡[Ba₃(B₃O₆)₂]低温相的晶体结构。晶体属三方晶系,空间群为C₃⁴-R3,取六方坐标系,晶胞参数为a=b=12.532?,c=12.717?,z=6。在PhilipsPW-1100四圆衍射仪上收集到独立衍射693个。采用重原子法通过三维帕特逊和三维傅里叶合成测定结构,并用对角矩阵最小二乘法修正至R=0.046。该晶体是一个由Ba²⁺和(B₃O₆)^3-环交错组成的层状阶梯式结构。其阴离子(B₃O₆)^3-环基本上是平面状的。基团平面垂直于三次轴;Ba²⁺近邻有7个氧原子。将此结构与偏硼酸钡高温相比较表明,由于钡阳离子的非中心对称分布改变了阴离子硼氧环共轭基团的电子云密度,这一结构上的变化对该晶体的倍频效应做了主要贡献。 关键词：     

Preparation and characterization of Y1−xPrxBa2Cu3O7−δ single crystals

We present a reliable method for growing single crystals of Y_1−xPr_xBa₂Cu₃O_7−δ high-T_c superconductors in ZrO₂ crucibles. This method results in crystals with greatly improved superconducting properties compared to crystals grown with the previously reported methods which use Al₂O₃ crucibles. We describe techniques for crystal growth in both Al₂O₃ and ZrO₂ crucibles using an excess of BaCo₃ and CuO as the flux. The crystals were characterized by means of DC magnetic-susceptibility measurements, electrical-resistivity measurements, and electron microprobe analysis. The effects of Al contamination on the conditions for crystal growth and on the superconducting properties of the crystals are found to be quite significant.     

掺Gd3+的LiYF4∶Yb3+/Ho3+微米晶体制备以及在防伪中的应用研究

研究一种具有良好上转换发光性能的稀土掺杂发光材料,对于防伪技术领域具有非常重要的意义。为了改善LiYF₄∶Yb3+/Ho3+微米晶体的上转换发光性能,采用水热合成法成功制备了一系列Gd3+掺杂的LiYF₄∶Yb3+/Ho3+微米晶体,并采用X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对样品的相纯度和晶体形貌尺寸进行表征;在980 nm激光激发下,通过荧光光谱测试对LiGd_xY_1-xF₄∶Yb3+/Ho3+微米晶体的上转换发光性能进行分析。首先,研究了LiGd_xY_1-xF₄∶Yb3+/Ho3+微米晶体的晶体结构、尺寸、形貌和上转换发光性能的影响。结果显示,LiGd_xY_1-xF₄∶Yb3+/Ho3+微米晶体样品的XRD衍射峰与四方相的LiYF₄标准卡（PDF#17-0874）特征峰的位置完全对应且没有其他杂峰,SEM实验结果显示晶体形貌为八面体形状,表明成功合成了纯四方相的LiGd_xY_1-xF₄∶Yb3+/Ho3+微米晶体;荧光光谱测试结果显示,样品的上转换发光强度随着Gd3+掺杂比例的升高呈现出先增强后减弱的趋势,并且在Gd3+掺杂浓度为30 mol%时达到最强。其次,进一步研究了Gd3+掺杂浓度30 mol%样品的上转换发光性能与激发功率之间的关系,激发功率为0.5~1.5 W。LiGd_0.3Y_0.49F₄∶Yb3+/Ho3+微米晶体的红色和绿色上转换发光强度之比(R/G)随着激发功率的增加只发生大约12%的变化,样品的上转换发光并没有因为激发功率的增加而发生明显的变色,仍然可以发出稳定明亮的绿色光。这一现象表明,Gd3+的掺入很好地改善了样品的上转换发光性能,这种稳定高效的发光性能保证了其良好的防伪性能。最后,将Gd3+掺杂浓度为30 mol%的LiYF₄∶Yb3+/Ho3+微米晶体粉末与丝网金属油墨按照一定比例混合制成丝网防伪油墨,通过丝网印刷技术在玻璃基底上印制了“西安”字样的防伪标识图案,经过干燥处理后在980 nm激光的激发下,发出明亮且稳定的绿色可见光,制成的防伪标识图案具有发光强度高、易于识别、不易脱落的特点,可被广泛应用于防伪领域。