中國科學家創製全波段相位匹配晶體

（大公文匯網記者 劉凝哲）激光是20世紀人類最重大的發明之一，60多年來，13項諾貝爾獎與激光技術密切相關。非線性光學晶體可用來對激光波長進行變頻，從而擴展激光器的可調諧範圍。近期，中國科學家成功創製了一種新型非線性光學晶體——全波段相位匹配晶體，為整個透光範圍內實現雙折射相位匹配提供了新思路。該研究由中國科學院新疆理化技術研究所晶體材料研究中心潘世烈團隊完成，相關成果於近期在國際學術期刊《自然·光子學》在線發表。

據介紹，非線性光學晶體是獲得不同波長激光的物質條件和源頭。在晶體中實現應用波段相位匹配被普遍認為是重要的技術挑戰之一，決定最終激光輸出的功率和效率。目前有多種技術方案可供選擇，其中利用晶體各向異性的雙折射相位匹配技術是應用最廣泛的彌補相位失配的有效途徑。該方案轉換效率高，但現有晶體均存在相位匹配波長損失，即可用晶體紫外截止邊和最短相位匹配波長的差值表徵。

團隊前期在特邀綜述中提出關於非線性光學晶體一種理想狀態的假設，即在基於雙折射相位匹配的非線性光學晶體中，是否可以實現「紫外截止邊等於最短匹配波長」的理想狀態？近期，該團隊創製一類新非線性光學晶體，即全波段相位匹配晶體。該類晶體基於應用廣泛的雙折射相位匹配技術，且可以實現對晶體材料透過範圍內任意波長的相位匹配。該研究揭示了全波段相位匹配晶體的物理機制，並以此為指導獲得一例非線性光學晶體（GFB）。基於晶體器件實現了193.2-266 nm紫外/深紫外激光輸出，該材料193.2 nm處晶體透過率<0.02%，依然可以實現倍頻激光輸出，驗證了其全波段相位匹配特性，使該晶體成為目前首例實現了全波段雙折射相位匹配的紫外/深紫外倍頻晶體材料。

研究結果表明，寬的相位匹配波長範圍使GFB晶體透光範圍得到充分應用，可實現1064nm激光器二、三、四、五倍頻高效、大能量輸出，有望滿足半導體晶圓檢測等領域的重大需求。更重要的是，GFB可採用水溶液法生長出高質量、超大尺寸晶體，使其有望成為應用於大科學裝置的新晶體材料。