中國網/中國發展門戶網訊 （記者王振紅）鐳射是20世紀人類最重大的發明之一，60多年來，13項諾貝爾獎與鐳射技術密切相關。非線性光學晶體可用來對鐳射波長進行變頻，從而擴展鐳射器的可調諧範圍。近期，我國科學家成功創制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（以下簡稱“新疆理化所”）晶體材料研究中心潘世烈團隊完成，相關成果于近期在國際學術期刊《自然·光子學》線上發表。

圖為GFB晶體正在進行鐳射實驗。（供圖：中國科學院新疆理化技術研究所）

單色性好、高準直、高能量密度的鐳射光源逐漸發展成為高新技術産業、前沿科學研究等領域的重要戰略支撐。新疆理化所晶體材料研究中心研究員米日丁·穆太力普介紹説，“鐳射波長是鐳射器的輸出波長，是鐳射器輸出鐳射光束的重要參數。鐳射器中所使用的放大介質和激發方式等因素限制光子在確定的波長上振動。因此，鐳射器輸出的波長為固定值，且調控範圍有限。但是，人類迫切需要獲得不同波長、不同能量鐳射，滿足不同應用場景需求。例如，在環境監測、通訊、醫療、材料加工等領域，針對不同的介質和反射性能，會選擇不同波長的鐳射。”他指出，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。

圖為GFB晶體器件。（供圖：中國科學院新疆理化技術研究所）

非線性光學晶體是獲得不同波長鐳射的物質條件和源頭。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，決定最終鐳射輸出的功率和效率。新疆理化所所長潘世烈向記者介紹説，“波長短于200奈米的深紫外鐳射因波長短、光子能量高等特點，在資訊、工業、科研等領域有重要應用價值。目前，世界上唯一可實用化深紫外倍頻晶體KBBF就是由中國科學家陳創天院士帶領團隊創制的。”

據潘世烈介紹，新疆理化所加大對新型高性能、大尺寸晶體新材料的探索研究，通過理論和實驗相結合，提出陰離子基團“氟化策略”，並在實驗中得到驗證，開拓了氟化硼酸鹽深紫外晶體材料研究新體系。隨後基於領域前沿進展的研究和對非線性光學晶體雙折射相位匹配現狀的剖析，新疆理化所科研人員首次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實現“紫外截止邊等於最短匹配波長”的理想狀態，在這個理想狀態下，晶體在整個透過範圍內，及全波段範圍內，實現雙折射相位匹配。新疆理化所科研團隊從理論方法、材料設計和高性能晶體製備方面開展系統工作，成功創制出綜合性能優良的深紫外光學晶體四氟硼酸胍（GFB），首次通過全波段相位匹配技術實現了深紫外鐳射輸出。

圖為GFB晶體器件。（供圖：中國科學院新疆理化技術研究所）

潘世烈解釋説，“GFB晶體可實現1064nm鐳射器二、三、四、五倍頻高效、大能量輸出，其綜合性能優於商用四倍頻晶體CLBO和BBO，能滿足半導體晶圓檢測等領域的重大需求。值得一提的是，除以上優異性能外，GFB可採用水溶液法生長出高品質、超大尺寸晶體，與目前應用於國家重大工程的晶體相比，具有絕對的成本優勢。GFB的三倍頻性能、生長特點及低製備成本，使其有望成為應用國家重大工程等大科學裝置的新一代晶體材料。”

圖為新疆理化所科研人員進行鐳射實驗。（供圖：中國科學院新疆理化技術研究所）

十年來，新疆理化所面向國家重大需求，在新型光電功能晶體材料等重要技術領域取得了一系列科研成果。潘世烈表示，“下一步，新疆理化所將持續開展相關晶體材料、器件及鐳射光源應用的攻關研究，力爭産出更多原創性、引領性重大創新成果。”