让激光器倍频高效输出！中国科学家创制全波段相位匹配新晶体材料

四氟硼酸胍（GFB）晶体器件。

7月14日，中国科学院官网发布消息称，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，揭示了其物理机制，为整个透光范围内实现双折射相位匹配提供了新思路，并以此为指导，获得一例非线性光学晶体——四氟硼酸胍（GFB）。

该晶体是目前首例实现了全波段双折射相位匹配的紫外/深紫外非线性光学晶体材料。

非线性光学晶体是获得不同波长激光的物质条件和源头。它可以用来对激光波长进行变频，从而扩展激光器的可调谐范围。

据介绍，四氟硼酸胍晶体的应用，可实现1064纳米激光器二、三、四、五倍频高效、大能量输出，有望满足半导体晶圆检测等领域的重大需求。

更重要的是，可采用水溶液法生长出高质量、超大尺寸的四氟硼酸胍晶体，使其有望成为应用于大科学装置的新晶体材料。

利用GFB晶体进行激光试验。

目前，研究人员基于晶体器件实现了193.2-266纳米紫外/深紫外激光输出。该材料193.2纳米处晶体透过率<0.02%，依然可以实现倍频激光输出，验证了其全波段相位匹配特性。

该研究由中国科学院新疆理化技术研究所晶体材料研究中心潘世烈研究员团队完成，相关成果于6月12日在线发表在国际学术期刊《自然-光子学》（Nature Photonics）在线发表。该论文的标题是《在四氟硼酸胍中实现高效非线性光学频率转换的全波长相位匹配》。

据介绍，激光被认为是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。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，决定了最终激光输出的功率和效率。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。该方案转换效率高，但现有晶体均存在相位匹配波长损失。

但中国科学家最新发现的全波段相位匹配晶体，可以实现对晶体材料透过范围内任意波长的相位匹配。

四氟硼酸胍（GFB）晶体。

中国科学院新疆理化技术研究所官网显示，潘世烈，男，河南省人，理学博士，研究员，博士生导师，现任中国科学院新疆理化技术研究所所长，党委委员，学术委员会主任，中国科学院“特殊环境功能材料与器件”重点实验室主任；目前主要研究方向是无机光电功能晶体材料研究。

附论文链接：https://www.nature.com/articles/s41566-023-01228-7