深紫外非线性光学晶体材料:发展趋势和创新探索

随着全固态激光技术在光通讯、光加工和光存储等领域的发展,深紫外非线性光学晶体材料成为目前国内外的研究热点.深紫外(λ200 nm)非线性光学(NLO)晶体是获得全固态深紫外激光的必不可少的材料.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=177.3 nm)输出.然而,KBBF晶体存在难以克服的本征缺陷,如原料氧化铍有剧毒、晶体存在严重的层状生长习性,从而极大地制约了其商业化生产和应用进程.因此,世界各国科研机构都在积极探索发展新一代的深紫外NLO晶体材料.本文通过回顾深紫外NLO晶体的发展历程,总结近十年来该领域新材料的发展趋势,重点分析限制深紫外NLO晶体发展的主要因素,讨论目前发展深紫外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.     

单氟磷酸盐为深紫外非线性光学晶体探索提供新方向

<正>非线性光学晶体是一类具有重要战略价值的功能材料,可应用于红外军事对抗、激光频率转换、太赫兹光学、超高分辨光刻、医疗诊断等~([1]).其中,深紫外非线性光学晶体特指能够将激光频率转换为波长短于200nm的非线性光学晶体.自20世纪80年代起,以陈创天院士为代表的我国科学家开始了探索深紫外非线性光学材料的历程,并发现了氟硼铍酸钾KBe2BO3F2(KBBF)这一性能优良的新晶体,成功应用于Nd:YAG激光器的直接六倍频(177.3nm)激光的稳定输出.目前最高激光输出功率已经突破     

单个准分子激光脉冲和位相光栅模板制作表面周期结构

近年来,准分子激光器(excimer laser)以其高能量的脉冲式紫外(193nm或248nm)激光输出特征而被人们用于部分薄膜材料的加工和制备,其原理是用聚焦后的准分子激光脉冲对靶材进行轰击,一定条件下将轰击出来的靶材颗粒均匀沉积在基片上便可以生长出薄膜结构,这种方法又称为PLD(Pulse laser deposition)技术.利用准分子激光器和石英位相光栅模板,人们已经在光敏光纤和光敏光波导中写入了性能良好的Bragg折射率光栅,由于LiNbO_3(LN)和 LITaO_3(LT)这两种重要的光学晶体均对准分子激光波长(248 nm)产生强烈吸收,所以当它们被该激光照射时,激光能量将被晶体吸收并产生热量.如果激光的能量密     

小型高功率XeCl激光器

XeCl准分子激光器作为紫外波段的强相干光源已经有了广泛的应用,除了部分要求很高能量的情形外,对大多数应用而言,几十毫焦耳的能量、兆瓦水平峰值功率已经足够了,例如光化学、光谱学、激光医学和生物学以及泵浦染料激光器等。 从应用的角度而言,器件小型化、造价低、运转费用小、操作方便是非常重要的,本文描写了一台小型XeCl紫外预电离Blumlein放电泵浦激光器,在7cm长的激活区内,获得最大输出能量42mJ,峰值功率2MW,这是迄今报道的具有最短激活长度功率在MW以上,能量     

阿秒光源前沿科学与应用

2001年,科学家首次在实验中产生了阿秒(10-18s)量级的超短光脉冲[1],从此打开了阿秒科学的大门.迄今为止,阿秒光源是人类所能掌握的唯一同时具有纳米空间分辨率和阿秒时间分辨率的全相干光源.由于其重大的科学意义和广泛的应用领域,部分欧洲国家和美国、日本、韩国等相继制定了阿秒光源研究计划,如美国将阿秒光源产生技术列...     

平均功率最大的紫外准分子激光器

准分子激光器是最近才开始被广为研究的一种激光器。它使用一种电子处于激发态时才存在的化合物。例如,KrF 在基态时不形成分子,在激发态时才形成分子。这类激光的主要特征是功率大、效率高、波长短(175～350毫微米的紫外区)。例如 KrF 准分子激光器的功率达1.9×10~9瓦,效率为1%,波长是248毫微米。     

利用紫外激光以及H2O2和HF的混合溶液对硅片进行光化学蚀刻

讨论了一种在硅片上进行无抗蚀膜光化学蚀刻的方法,使用过氧化氢和氟化氢混合水溶液作为化学媒质,分别使用193nm准分子激光和266nm四倍频固体NdYAG激光作为光源.实验结果显示,可以不需要任何抗蚀膜,直接在硅表面进行图案蚀刻.对于193nm波长,在H2O2/HF质量比为1.3时,得到最佳蚀刻深度.在29mJ·cm-2能量密度和10000个脉冲照射下,得到210nm的蚀刻深度.在相同条件下,使用H2O2与HF混合液时的蚀刻深度大约是使用H2O与HF混合液时的4倍.对于266nm波长,在H2O2/HF质量比为2时,得到最佳蚀刻深度.在12mJ·cm-2能量密度和30000个脉冲照射下,得到420nm的蚀刻深度.     

Ar离子激光泵浦的掺Nd光纤激光特性

用514.5nm的Ar离子激光泵浦掺Nd的石英光纤获得激光输出已有报道,最近我们进一步的工作结果表明,Ar离子激光中除了514.5nm波长外,用476.5nm、488.0am和496.5nm波长分别泵浦Nd掺杂光纤也都可获得1060nm的激光输出,实验测量了各种泵浦条件下的阈值、效率,并用高分辨率双光栅单色仪系统测量了光纤激光谱的精细结构,同时还对泵浦光和光纤激光在光纤中的场分布进行了研究。     

准分子激光在材料改性方面的应用

准分子激光由于波长短、功率大、效率高,特别是能够获得多种波长的紫外激光,因而在材料改性领域获得了广泛的应用。     

产生受激光发射的工作物质

自1960年Maiman首先实现了红宝石的受激光发射以来,在寻找产生受激光发射的工作物质及改进器件的结构与性能方面,做了许多工作,取得了丰硕的成果。目前,实现受激光发射的工作物质已不下五十种之多,其中包括气体、液体(有机溶液)和固体等不同状态和不同结构的物质;输出波段已从紫外2542埃伸展到红外35微米;实现了低温和室温的连续操作器件;红宝石的输出能量已达500焦耳,已制成输出能量为113焦耳的玻璃受激光发射器,运用光开关技术,红宝石的脉冲峯值功率已从5仟瓦剧增至10亿瓦;半导体工作物质的出现,大大     

中国深紫外技术“独步世界”

工欲善其事,必先利其器。中国科学家利川独创、独有的深紫外技术和深紫外激光非线性光学晶体,已成功研制出深紫外激光拉曼光谱仪、深紫外激光发射电子显微镜等8台深紫外固态激光源前沿装备,均为当今世界所独有的科研利器．居深紫外领域国际领先地位。     

高重复频率高次谐波驱动源技术

超快驱动光源技术的不断进步激发了极紫外阿秒脉冲在原子分子的精密光谱学及超快动力学研究中的巨大潜力.本文回顾了高重复频率飞秒激光驱动高次谐波产生的发展历程,并以高重复频率极紫外光源的应用为切入点梳理了钛宝石激光系统、掺镱光纤激光系统以及掺镱全固态激光系统等驱动光源的参数特点、适用范围以及发展趋势等.最后,提出了用以驱动兆赫兹量级重复频率高次谐波产生的紧凑型全固态放大方案.     

3,5-二甲基-1-(4-硝基苯基)-1,2,4-三唑的二次非线性电极化系数

高密度光存储,彩色成像和光学测量等都迫切需要小型化、高可靠的蓝光相干光源,采用光波导技术使近红外半导体激光直接倍频是产生这种光源的可能途径.根据倍频材料不仅须具有大的分子二次非线性电极化系数(β)而且在入射激光的基频和倍频波段都透明的基本要求,结合有机化合物非线性光学系数大、响应快和品种多等一系列特点,探索可见光波段透明的、大β有机化合物的工作已经受到极大的重视,由于有机分子的β值依赖于其共轭长度和分子内电荷转移程度的大小,β的增大将导致分子的吸收波长发生红移,因此如何解决这一     

掺Er石英光纤超荧光特性研究

稀土掺杂光纤的激光以及放大特性已经受到普遍重视,最近光纤中的超荧光——放大的自发辐射(ASE)也引起了关注,作为一种宽带辐射源,光纤超荧光源在光纤传感器件方面,特别是光纤陀螺和一些信号处理光纤系统中都有着广阔的应用前景。由于掺杂光纤中的高增益,光纤中的超荧光能达到较高功率的输出,并且其波长稳定性好,容易耦合到其它     

中国科学院物理研究所在强场物理研究领域取得重要进展

近年来,随着超短脉冲激光啁啾放大(CPA)技术的重大突破,激光强度提高了5~6个数量级.利用这种放大技术建立的激光装置的脉冲宽度可以短至几个光周期(十几飞秒),输出功率可以高达拍瓦(1015W)量级,聚焦光强超过1020W/cm2.     

1.1 GHz亚10 fs掺钛蓝宝石激光振荡器

通过对腔内元件进行色散分析, 在啁啾镜色散补偿技术的基础上, 采用四镜环形腔结构, 在功率为7 W的连续532 nm激光抽运下, 成功实现了脉冲宽度小于10 fs的超短激光脉冲的输出, 脉冲重复频率可达到1.1 GHz, 通过未镀膜的尖劈耦合输出的脉冲平均输出功率为30 mW, 光谱全宽覆盖了670~920 nm波段的超宽带光谱.     

有机晶体MHBA倍频半导体激光获得紫光输出

蓝紫激光光源在未来的光盘存储技术上将显示出重要价值,波长越短,记录密度越高.因此,解决小型、稳定实用的蓝紫光源是当今国际上研究的热点,多渠道研究竞争十分激烈.KN晶体和KN,LN,LT,KTP波导均可实现半导体激光倍频的蓝紫光输出.KN晶体倍频效率高,但须温度调制,温度半宽窄.415nm紫光输出时,温度为-22.5℃,半宽为±0.25℃;波导倍频存在     

飞秒强场中NO2的解离

分别利用810, 405和270 nm飞秒激光对NO₂的解离和电离现象进行了实验研究. 结果表明在3种波长下NO₂⁺/NO⁺比率与场强无关, 而与波长有关, 即长波长有利于产生母体离子, 较短波长易产生碎片离子; 碎片离子来源于场致电离产生的母体离子进一步解离; 实验中所有碎片离子峰形都显示解离过程释放出很小的平动能. 和激光强度相比, 激光波长在多原子分子强场电离解离过程中更为重要.     

粗糙面激光脉冲非相干散射及强度起伏协方差函数

基于激光脉冲粗糙面散射特征,利用积分变换,误差函数和随机变量的统计矩,研究激光脉冲非相干散射和散射场量的强度起伏协方差函数特征.在入射激光波长?=1.06?m条件下,数值计算了不同粗糙面高度起伏均方和相关长度,不同入射角等影响因素下,散射场相干和非相干分量,以及强度起伏协方差函数随散射角和相干带宽频差的变化情况.计算结果表明,在激光脉冲入射下,随机粗糙面的高度均方越小,相关长度越大,即表面越光滑,散射场的相干和非相干分量在入射角镜反射方向出现最大峰值,非相干分量峰值在非入射角镜反射方向上会迅速减小,且非相干分量在量级比相干散射分量上小很多,散射场强度起伏协方差函数的分布趋势随着相干带宽频差的增大逐步减小,镜反射方向和相干带宽频差为零时出现最大峰值.本文所给出的研究结果,深化了粗糙面脉冲散射场量的四阶统计特征,为开展目标激光脉冲散射场量高阶统计特征和激光散斑探测研究奠定基础.     

多电子动力学的强场调控与阿秒探测

作为一种新型的超短极紫外/软X射线相干光源,阿秒脉冲推动了物质科学的新发展.它使得人们可以深入物质内部,对各种原子尺度的微观过程,以电子运动的自然时间尺度(1 as～10-18s)实现前所未有的时空分辨和超快调控.阿秒脉冲的产生和应用与强激光脉冲驱动的物质内电子亚周期的超快动力学密切相关.对其的研究,有助于在时域、相位...