非线性光学晶体紫外、深紫外特性表征与性能评估

来源 :中国科学院研究生院 中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:Tiffany100
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紫外、深紫外激光光源凭借着波长短、单光子能量高等特点被广泛应用于机械微加工、微电子学、深紫外光谱学、信息学以及医学等各个领域。获得紫外、深紫外激光最直接、有效地方法便是使用非线性光学晶体进行频率变换。本文对KBBF族晶体、LCB、KABO等一些新型的紫外、深紫外非线性光学晶体进行了性能表征与应用评估,取得了一些重要进展。   本研究主要内容包括:⑴阐述了非线性光学晶体的发展历程;介绍了目前紫外、深紫外光学晶体的研究现状与发展趋势;提出了本文的研究背景与意义。⑵阐述了进行非线性光学晶体特性表征与性能评估的理论依据。⑶对KBBF晶体Nd:YAG激光四倍频和六倍频性能进行了研究。首次用KBBF获得高重复频率266 nm紫外激光输出,最高功率达6.31 W,并实现了稳定性为1.4%的3.26 W平均输出;对其温度带宽进行了测量,结果表明其温度带宽△T×l=66℃-cm,约是温度带宽较大的BBO晶体的10倍,指出了KBBF晶体在266 nm产生方面的优势。对KBBF晶体进行了六倍频177.3 nm实验研究,研制出高功率、高稳定性355nm紫外光源作为泵浦源,得到了突破百毫瓦的177.3 nm深紫外激光,为目前报道的最高输出,使深紫外激光输出上了一个台阶,进一步展示了KBBF晶体在深紫外激光产生方面的优势。⑷研究了RBBF晶体的266 nm产生性能,首次实现了266 nm有效输出。在重复频率10 Hz,脉冲宽度25 ps激光条件下四倍频转换效率高达25.5%;在高重复频率激光条件下(10KHz)得到了3 W的266 nm紫外激光;测定了RBBF晶体四倍频温度带宽,△T×l=19℃-cm;并测定了其角度带宽。评估了其四倍频性能,虽不及KBBF,但与其他非线性光学晶体相比具有明显优势。⑸利用高精度宽波段折射率测量仪测量了CBBF晶体253.7~1014 nm波段的折射率,首次拟合出了较精确的CBBF色散方程。⑹研究了低对称晶体LCB的三倍频性能。获得了高达31.6 W的355 nm紫外输出,实现了稳定性为0.94%的28.5 W平均功率输出,为该晶体报道的最高输出,展示出该晶体在三倍频方面的应用前景;测定了有效非线性系数deff较大的三个不同相位匹配方向的角度和温度带宽;利用最小偏向角法测量了LCB晶体在253.7 nm-2325 nm波段的折射率值,并拟合了色散方程,为它的进一步应用奠定了坚实的基础。⑺对比研究了不同生长工艺KABO晶体的四倍频性能研究,为KABO晶体下一步生长技术改进明确了方向。⑻对现有宽波段折射率测量仪进行了改进,增加了在187-220 nm波段波长连续可调的深紫外光源,因此187-2325 nm范围内的折射率值均能直接测出,仅用折射率测量值便可直接拟合出准确的色散方程,改变了以前需要用相位匹配角拟合的状况,为深紫外非线性光学材料的探索和应用提供先进手段和可靠数据。
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