真空紫外激光輸出有了新突破
來(lái)源：光明日?qǐng)?bào) 時(shí)間：2026-02-02 17:37
創(chuàng)造該領(lǐng)域世界最短輸出波長(zhǎng)紀(jì)錄
ABF晶體制成的光學(xué)器件。中國(guó)科學(xué)院新疆理化所供圖
激光技術(shù)被譽(yù)為20世紀(jì)“四大科技發(fā)明”之一。聚焦真空紫外非線性光學(xué)晶體材料領(lǐng)域基礎(chǔ)研究和關(guān)鍵核心技術(shù)，中國(guó)科學(xué)院新疆理化技術(shù)研究所（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“新疆理化所”）潘世烈團(tuán)隊(duì)成功研制出氟化硼酸銨（ABF）晶體，首次實(shí)現(xiàn)直接倍頻真空紫外激光158.9納米輸出，創(chuàng)造了該領(lǐng)域世界最短輸出波長(zhǎng)紀(jì)錄。相關(guān)成果于29日在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然》發(fā)表。
全固態(tài)真空紫外激光源（波長(zhǎng)≤200納米）因光子能量高、光束質(zhì)量好、結(jié)構(gòu)緊湊且穩(wěn)定性強(qiáng)等特性，在精密加工、高端科研裝備等多個(gè)領(lǐng)域具有不可替代的戰(zhàn)略意義。長(zhǎng)期以來(lái)，氟代硼鈹酸鉀晶體（KBBF）是唯一能夠通過(guò)直接倍頻技術(shù)實(shí)現(xiàn)200納米以下激光輸出的實(shí)用晶體，由陳創(chuàng)天院士團(tuán)隊(duì)在20世紀(jì)90年代發(fā)明。隨著應(yīng)用需求的不斷發(fā)展，尋找下一代性能更優(yōu)的新型晶體成為該領(lǐng)域的挑戰(zhàn)性科學(xué)難題。
“非線性光學(xué)晶體是實(shí)現(xiàn)這一激光輸出的核心材料?！毙陆砘L(zhǎng)潘世烈介紹，作為激光設(shè)備的關(guān)鍵部件，該類(lèi)晶體可以轉(zhuǎn)換激光頻率，從而獲得不同波長(zhǎng)的激光，滿(mǎn)足多樣化的應(yīng)用需求。如何突破這一技術(shù)桎梏？潘世烈團(tuán)隊(duì)從源頭出發(fā)，創(chuàng)造性地提出“氟化”設(shè)計(jì)思想，將元素周期表中電負(fù)性最強(qiáng)的氟元素引入到硼酸鹽晶體結(jié)構(gòu)中，攻克對(duì)非線性光學(xué)材料關(guān)鍵性能的協(xié)同調(diào)控和晶體生長(zhǎng)技術(shù)難題，成功獲得厘米級(jí)高光學(xué)質(zhì)量的ABF單晶，為緊湊、高效的全固態(tài)真空紫外激光器提供了全新的材料體系。
“新晶體的加工器件制造尤為困難，其軟硬度等各種物理參數(shù)的匹配都需要從頭摸索。”潘世烈說(shuō)，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期試驗(yàn)，團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)出一套完整適配ABF晶體的器件加工工藝，涵蓋從定向切割、粗拋到精拋的全流程，實(shí)現(xiàn)了從晶體到實(shí)用器件的跨越。測(cè)試結(jié)果表明，該晶體綜合性能優(yōu)異，在直接倍頻真空紫外激光輸出方面刷新了3項(xiàng)世界紀(jì)錄——直接倍頻真空紫外激光輸出波長(zhǎng)最短、納秒177納米脈沖能量最高、光光轉(zhuǎn)換效率大幅提升，綜合性能遠(yuǎn)超現(xiàn)有材料。
“憑借獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，ABF晶體能應(yīng)用于研制高性能全固態(tài)真空紫外激光器。”新疆理化所晶體材料研究中心研究員張方方介紹，該成果可以為高端科研裝備的研發(fā)、超高精度激光加工、原始創(chuàng)新領(lǐng)域的空間通信等提供核心材料支撐，應(yīng)用前景十分廣闊。據(jù)悉，新疆理化所享有對(duì)ABF晶體從理論計(jì)算、晶體生長(zhǎng)到器件研制、激光輸出的全鏈條自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。該晶體的研發(fā)標(biāo)志著中國(guó)在真空紫外非線性光學(xué)晶體關(guān)鍵材料方向取得重要突破，為保持中國(guó)在該領(lǐng)域的國(guó)際領(lǐng)先地位作出積極貢獻(xiàn)。
“下一步，新疆理化所將持續(xù)開(kāi)展ABF晶體穩(wěn)定生長(zhǎng)技術(shù)、器件加工工藝及激光光源研制和應(yīng)用的研究，力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)更短波長(zhǎng)、更大能量、更高功率的全固態(tài)真空紫外光源創(chuàng)新，為精密制造、前沿科研裝備提供有力支撐?！迸耸懒冶硎尽?/p>
責(zé)任編輯：王奕博
