激光作為20世紀四大發(fā)明之一，具有普通光源難以實現(xiàn)的亮度高、單色性好、相干性好、方向性好等特點，目前已在現(xiàn)代加工、醫(yī)療、國防軍事等領域得到廣泛應用。
深紫外全固態(tài)激光源，是指輸出波長在200納米以下的固體激光器，與同步輻射和氣體放電光源等現(xiàn)有光源相比，具有高的光子流通量/密度、好的方向性和相干性。
中國科學家利用獨創(chuàng)、獨有的深紫外技術和深紫外激光非線性光學晶體，成功研制出深紫外激光拉曼光譜儀、深紫外激光發(fā)射電子顯微鏡等八臺深紫外固態(tài)激光源前沿裝備，均為當今世界所獨有的科研利器，居深紫外領域國際領先地位。
隨著激光技術的發(fā)展，全固態(tài)深紫外(波長<200納米)激光具有波長短、峰值功率高的優(yōu)點，使其成為目前激光領域的研究熱點。
當前，實現(xiàn)深紫外激光輸出的最有效的方式，是借助于深紫外非線性光學晶體的頻率轉換特性。而提到非線性光學晶體，我們不得不提一種名為氟硼鈹酸鉀(KBBF)的晶體。
近半個世紀以來，我國在非線性光學晶體領域一直處于國際領先地位，相繼發(fā)明并產業(yè)化了β-BaB2O4、LiB3O5 和KBe2BO3F2(KBBF)等一系列“中國牌”晶體。其中，利用KBBF晶體，中國科學家在世界上第一次實現(xiàn)了1064納米激光直接倍頻實現(xiàn)深紫外激光輸出(177.3納米)。2009年Nature 以《中國“藏匿”的晶體珍寶》報道了中國人工晶體的成就：“中國在KBBF晶體上的壟斷地位并不是偶然，中國的科研人員悄然占領了一系列廣闊的材料研究領域的制高點”。
但是，由于受到本身缺陷的制約(層狀習性，原料劇毒)，KBBF晶體難以滿足深紫外激光器行業(yè)的應用需求。因此，設計合成新型深紫外非線性光學晶體是目前亟待研究和突破的課題。
潛在的深紫外非線性光學晶體需要同時具備以下幾個條件：
1、深紫外透過截止邊低(這決定可應用波段及抗激光損傷能力)
2、倍頻效應大(這決定轉換效率)
3、折射率色散小(這決定材料激光倍頻輸出的波長范圍)
而這些性能之間又相互制約、相互影響。比如說，深紫外透過低需要帶隙要更寬，但是帶隙變寬了以后，倍頻效應就不好進一步增大了。所以說，研究材料結構與性能的關系，建立功能基元數(shù)據庫、探索平衡性能之間相互制約的機制，篩選并引入新的功能基團，是突破深紫外光學晶體的有效手段。
中國科學院新疆理化技術研究所特殊環(huán)境功能材料與器件院重點實驗室潘世烈團隊就在這方面有了系列的進展。
他們通過分析硼酸鹽晶體性能之間相互制約的關系，基于材料模擬方法首次提出了一種將BO4-xFx(x=1,2,3)功能基團引入硼酸鹽框架的設計策略，成功篩選設計出一系列很有潛力的堿金屬氟硼酸深紫外光學晶體，并證實了這一類材料作為深紫外非線性光學晶體應用的可行性。
近日，該團隊又成功設計并合成出首例堿土金屬氟硼酸鹽SrB5O7F3 ，該晶體紫外截止邊低于180nm，雙折射率較大(0.07@532)，相位匹配波長短(180nm)。這些性能表明該晶體可應用于深紫外波段。此外，SrB5O7F3倍頻效應為KBBF的1.3倍，具有更高的激光轉換效率。基于SrB5O7F3晶體優(yōu)異的光學和物化性能，其有望在深紫外激光倍頻輸出方面得到應用。
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