“中国牌”晶体上新

继氟代硼铍酸钾(KBBF)晶体“独步天下”之后，有“中国牌”晶体之誉的非线性光学晶体材料又上新——中国科学家最近成功研制出集多种优异性能于一身的氟化硼酸铵(ABF)晶体，为紧凑、高效的全固态真空紫外激光器提供了全新的关键材料体系。

历经长期探索与创新

聚焦真空紫外非线性光学晶体材料领域基础研究和关键核心技术，中国科学院新疆理化技术研究所(新疆理化所)潘世烈团队经过长期不懈的探索与创新，在成功设计合成出ABF晶体的同时，还攻克大尺寸晶体生长和器件加工技术难题，采用双折射相位匹配技术，首次实现直接倍频真空紫外激光158.9纳米输出，将在精密制造、前沿科学等领域发挥重要作用。

本项研究中全固态真空紫外激光器的器件。中国科学院新疆理化所供图

这项助力改进和提升全固态真空紫外激光器功能的重要成果论文，北京时间1月29日凌晨在国际学术期刊《自然》上线发表。

聚焦挑战性科学难题

论文通讯作者、中国科学院新疆理化所所长潘世烈研究员介绍说，全固态真空紫外光源兼具体积小、成本低、综合性能好等特点，而非线性光学晶体正是实现全固态真空紫外激光输出的核心材料，其性能直接决定了激光器的输出波长、转换效率等关键指标。

图为研究团队在实验室进行ABF晶体的激光输出演示。中国科学院新疆理化所 供图

中国在紫外、真空紫外非线性光学晶体领域的研究处于国际领先水平，中国科学家研发的BBO、LBO紫外非线性光学晶体已实现全球产业应用，为全球激光产业应用发展作出巨大贡献。KBBF晶体作为该领域的里程碑式材料，由陈创天院士等中国科学家在20世纪90年代发明，长期以来是唯一能够通过直接倍频技术实现200纳米以下激光输出的实用晶体。随着应用需求的不断提升，寻找一种兼具真空紫外高透过性、强非线性响应、大双折射与优异生长性能的新型晶体，一直被认为是极具挑战性的科学难题。

创制系列高性能晶体

论文第一作者、中国科学院新疆理化所晶体材料研究中心副主任张方方研究员称，在本项研究中，科研团队创新提出真空紫外非线性光学晶体氟化设计及性能调控机制，攻克“大带隙-大倍频效应-高双折射率”协同调控难题，创制出以ABF晶体为代表的系列高性能晶体。

本项研究在实验室进行ABF晶体的激光输出演示。中国科学院新疆理化所 供图

在理论突破基础上，科研人员攻克晶体生长和器件加工技术难题，成功获得厘米级高光学质量的ABF单晶，研制出角度相位匹配真空紫外倍频器件，最短相位匹配输出波长可达158.9纳米，创造出通过双折射相位匹配技术输出真空紫外激光的最短记录。

将持续开展应用研究

潘世烈研究员表示，ABF晶体研发取得突破性进展，标志着中国在真空紫外非线性光学晶体关键材料方向取得重要突破，为保持中国在该领域的国际领先地位做出积极贡献。

下一步，研究团队将持续开展ABF晶体稳定生长技术、器件加工工艺及激光光源应用的研究，力争实现更短波长、更大能量、更高功率的全固态真空紫外激光源创新，为精密制造、前沿科研装备等领域发展提供有力支撑。