中国网/中国发展门户网讯 （记者王振红）激光是20世纪人类最重大的发明之一，60多年来，13项诺贝尔奖与激光技术密切相关。非线性光学晶体可用来对激光波长进行变频，从而扩展激光器的可调谐范围。近期，我国科学家成功创制了一种新型非线性光学晶体——全波段相位匹配晶体，为整个透光范围内实现双折射相位匹配提供了新思路。

该研究由中国科学院新疆理化技术研究所（以下简称“新疆理化所”）晶体材料研究中心潘世烈团队完成，相关成果于近期在国际学术期刊《自然·光子学》在线发表。

图为GFB晶体正在进行激光实验。（供图：中国科学院新疆理化技术研究所）

单色性好、高准直、高能量密度的激光光源逐渐发展成为高新技术产业、前沿科学研究等领域的重要战略支撑。新疆理化所晶体材料研究中心研究员米日丁·穆太力普介绍说，“激光波长是激光器的输出波长，是激光器输出激光光束的重要参数。激光器中所使用的放大介质和激发方式等因素限制光子在确定的波长上振动。因此，激光器输出的波长为固定值，且调控范围有限。但是，人类迫切需要获得不同波长、不同能量激光，满足不同应用场景需求。例如，在环境监测、通讯、医疗、材料加工等领域，针对不同的介质和反射性能，会选择不同波长的激光。”他指出，目前有多种技术方案可供选择，其中利用晶体各向异性的双折射相位匹配技术是应用最广泛的弥补相位失配的有效途径。

图为GFB晶体器件。（供图：中国科学院新疆理化技术研究所）

非线性光学晶体是获得不同波长激光的物质条件和源头。在晶体中实现应用波段相位匹配被普遍认为是重要的技术挑战之一，决定最终激光输出的功率和效率。新疆理化所所长潘世烈向记者介绍说，“波长短于200纳米的深紫外激光因波长短、光子能量高等特点，在信息、工业、科研等领域有重要应用价值。目前，世界上唯一可实用化深紫外倍频晶体KBBF就是由中国科学家陈创天院士带领团队创制的。”

据潘世烈介绍，新疆理化所加大对新型高性能、大尺寸晶体新材料的探索研究，通过理论和实验相结合，提出阴离子基团“氟化策略”，并在实验中得到验证，开拓了氟化硼酸盐深紫外晶体材料研究新体系。随后基于领域前沿进展的研究和对非线性光学晶体双折射相位匹配现状的剖析，新疆理化所科研人员首次提出关于非线性光学晶体一种理想状态的假设，即在基于双折射相位匹配的非线性光学晶体中实现“紫外截止边等于最短匹配波长”的理想状态，在这个理想状态下，晶体在整个透过范围内，及全波段范围内，实现双折射相位匹配。新疆理化所科研团队从理论方法、材料设计和高性能晶体制备方面开展系统工作，成功创制出综合性能优良的深紫外光学晶体四氟硼酸胍（GFB），首次通过全波段相位匹配技术实现了深紫外激光输出。

图为GFB晶体器件。（供图：中国科学院新疆理化技术研究所）

潘世烈解释说，“GFB晶体可实现1064nm激光器二、三、四、五倍频高效、大能量输出，其综合性能优于商用四倍频晶体CLBO和BBO，能满足半导体晶圆检测等领域的重大需求。值得一提的是，除以上优异性能外，GFB可采用水溶液法生长出高质量、超大尺寸晶体，与目前应用于国家重大工程的晶体相比，具有绝对的成本优势。GFB的三倍频性能、生长特点及低制备成本，使其有望成为应用国家重大工程等大科学装置的新一代晶体材料。”

图为新疆理化所科研人员进行激光实验。（供图：中国科学院新疆理化技术研究所）

十年来，新疆理化所面向国家重大需求，在新型光电功能晶体材料等重要技术领域取得了一系列科研成果。潘世烈表示，“下一步，新疆理化所将持续开展相关晶体材料、器件及激光光源应用的攻关研究，力争产出更多原创性、引领性重大创新成果。”