中国科学院新疆理化技术研究所潘世烈研究员团队近日宣布,成功生长出厘米级尺寸的氟化硼酸铵晶体,并首次通过直接倍频方式获得158.9纳米真空紫外激光输出,刷新了该技术领域的世界最短波长纪录。这一进展意味着我国在深紫外非线性光学晶体材料方向迈出了关键一步。
一、从理论设计到材料突破
深紫外非线性光学晶体需要同时满足宽带隙、强非线性光学响应、高双折射以及良好的晶体生长习性等多重严苛条件,长期被视为材料科学领域的难题。团队此次另辟蹊径,提出“氟化设计及性能调控”策略。通过将高电负性的氟离子引入硼酸铵体系,并借助大规模计算机模拟进行筛选与验证,最终锁定氟化硼酸铵作为优选材料体系。
二、跨越十年的晶体生长攻关
从化学设计走向实际晶体,挑战更为巨大。研究团队针对ABF材料的本身特性,自主开发并持续优化了气相沉积生长方法,以应对多相复杂体系中晶体成核与生长的诸多不确定因素。经过近十年间数百乃至上千次实验迭代,团队在2016年率先获得毫米级别的小尺寸ABF晶体。此后,科研人员继续围绕生长过程中的温度场、压力环境等关键参数进行精确调控,经历大量失败与反复探索,最终于2024年成功实现厘米级高质量ABF单晶的可控制备,解决了该材料从小尺寸样品向实用化规格跨越的瓶颈。
三、器件化验证与前景展望
获得大尺寸晶体之后,团队并未止步于材料制备,而是自主开发出一套与ABF晶体完全适配的器件加工流程,打通了从单晶材料到功能性器件的全链条。在后续激光性能测试中,基于ABF晶体的器件在实验条件下稳定输出波长为158.9纳米的激光,其性能指标得到初步验证。
面向未来,研究团队表示将集中力量推进ABF晶体的工程化制备技术攻关,同步深化激光集成与系统研究,进一步探索更短波长、更大能量和更高功率的激光输出方案,以期在高端科研仪器与先进制造等领域提供核心材料与器件支撑。
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