新型紫外和中红外非线性光学晶体研究.pdfVIP

新型紫外与中红外非线性光学晶体研究 叶 宁 中科院福建物质结构研究所 摘要：新型非线性光学晶体材料探索的主攻方向不断向光谱的紫外及中远红外两端延伸。然而宽 的紫外透过波段把紫外候选晶体的组成限制在如硼酸盐等高带隙材料中；为了获得红外透过范围宽的 晶体材料而选择原子序数大的元素组成，导致带隙减小而不利于损伤阈值的提高。这些对紫外和红外 晶体综合性能的要求给材料设计增加了难度。从晶体微观结构与性能关系、材料设计、晶体生长、性 能与器件研究等几个方面入手，在新晶体探索和晶体生长基础问题研究方面作出了一系列工作。实现 了以平面三角型基团为基础的紫外非线性晶体的结构设计。从结构设计的角度出发，以BeO4替换简 单硼酸盐中BO4的设计思路为基础，开展碱金属硼铍酸盐深紫外非线性光学晶体材料的探索，发现了 一些具有微观非线性效应的新型B-Be-O阴离子基团和一系列具有新颖构型的硼铍酸盐深紫外非线性 晶体晶体材料；以同样是具有平面三角形结构的碳酸盐为研究对象，通过精确控制晶格中碱金属和碱 土金属阳离子的相对大小，实现CO3结构基团共面平行排列，获得一系列非线性光学效应为1～4倍 KDP的系列碳酸盐晶体，开辟了碳酸盐非线性光学晶体研究方向。运用熔体酸碱性和相平衡原理，研 究和选择“酸性”较强的添加剂来调节熔体酸碱性，同时不引入对紫外区透过率有害的离子，最终成功 实现紫外低吸收YAB晶体的生长，系统测定了YAB紫外区的光学性能，研制了四倍频器件，实现了5 瓦的四倍频(266nm)输出。以提高材料带隙为设计思想，发现了一个新型高损伤阈值的中远红外非 线性光学晶体BGS(BaGa4S7)，开展了高质量坩锅下降法晶体生长工作，得到Φ12×30mm3的BGS晶 体毛胚并研制了OPO晶体器件。性能测试显示其紫外吸收边在350nm左右，对应带隙约为3.5eV，与 现有磷硫属红外晶体相比具有最大的损伤阈值，达到105MW/cm2，红外吸收边为13.7μm，能覆盖 3-12μm中远红外波段，倍频系数为14.3pm/V。分析表明BGS晶体可实现1.06μm和2μm泵浦的4.3μm 中波红外(3-5μm)重要波长OPO输出。更具特色的是，BGS晶体可以实现2μm泵浦9.6μm非临界 相位匹配OPO输出，是第一个能够实现长波红外(8-12μm)非临界相位匹配的红外非线性光学晶体。