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科技日報記者 陸成寬

7月14日，記者從中國科學(xué)院新聞發(fā)布會獲悉，我國科研人員成功創(chuàng)制一種新型非線性光學(xué)晶體——全波段相位匹配晶體。該晶體首次實現(xiàn)了全波段雙折射相位匹配，將為我國半導(dǎo)體材料檢測提供重要支撐，同時有望應(yīng)用于大科學(xué)裝置。相關(guān)研究成果在線發(fā)表于《自然·光子學(xué)》雜志。

激光是20世紀人類最重大的發(fā)明之一，正奇跡般地改變著我們的世界。近60年來，13項諾貝爾獎與激光技術(shù)密切相關(guān)。激光由激光器產(chǎn)生，其波長受到激光器所使用的放大介質(zhì)和激發(fā)方式等因素的限制，一般為固定值，并且調(diào)控范圍有限。

但是，人類迫切需要獲得不同波長、不同能量的激光，以滿足不同應(yīng)用場景需求。比如，在環(huán)境監(jiān)測、材料加工等領(lǐng)域，針對不同的介質(zhì)和反射性能，需要選擇不同波長的激光。

非線性光學(xué)晶體是獲得不同波長激光的物質(zhì)條件和源頭。“相位匹配是提高激光輸出效率的重要手段，但是在晶體中實現(xiàn)應(yīng)用波段相位匹配，一直被認為是重要的技術(shù)挑戰(zhàn)之一。”論文第一作者、中國科學(xué)院新疆理化所研究員米日丁·穆太力普說，目前有多種技術(shù)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(shù)被寄予厚望。

在此背景下，研究團隊首次提出關(guān)于非線性光學(xué)晶體理想狀態(tài)的假設(shè)，即假設(shè)在基于雙折射相位匹配的非線性光學(xué)晶體中可以實現(xiàn)“紫外截止邊等于最短匹配波長”。“在這個理想狀態(tài)下，晶體在整個透過范圍內(nèi)，及全波段范圍內(nèi)，實現(xiàn)雙折射相位匹配?！闭撐耐ㄓ嵶髡摺⒅袊茖W(xué)院新疆理化所所長潘世烈解釋道。

研究團隊從理論方法、材料設(shè)計和高性能晶體制備方面開展了系統(tǒng)工作，成功創(chuàng)制出綜合性能優(yōu)良的深紫外光學(xué)晶體四氟硼酸胍（GFB）。該晶體可以實現(xiàn)對晶體材料透過范圍內(nèi)任意波長的相位匹配。

潘世烈表示，在理論上，這項研究提出了全波段相位匹配晶體這一新概念，為實現(xiàn)整個透光范圍內(nèi)的雙折射倍頻激光輸出提供新思路；在應(yīng)用上，GFB晶體可實現(xiàn)1064納米激光器二、三、四、五倍頻高效、大能量輸出，有望滿足半導(dǎo)體晶圓檢測等領(lǐng)域的重大需求；同時GFB晶體具有生長容易、成本低、效率高、抗激光損傷等優(yōu)勢，有望成為應(yīng)用于大科學(xué)裝置的新晶體材料。