BABF晶体结构调制、生长及其非线性光学性能研究

BaAlBO3F2（BABF）是一种新的非线性光学晶体材料,物化性能稳定，完全不潮解，具有大的非线性光学系数（d22＝1.24pm/V）、短的紫外截止边（165nm）,尤其作为Nd：YAG1064nm激光的三倍频（355nm）晶体有着优异的性能,但由于BABF的双折射较小限制其最短直接倍频波长约为275nm。本研究通过阳离子M（M=Ga，Bi，Sc，Y，Gd等）部分置换BABF晶体中的Al进行结构调制,研究双折射率与结构变化之间的关系，进而选择合适的M以增加BABF晶体的双折射率。初步实验表明Ga部分置换BABF晶体中的Al可以增大BABF晶体的双折射率，其紫外截止边由165nm变为235nm左右。寻找合适的助熔剂体系，生长出满足要求的BaAl1-xMxBO3F2晶体，并对其激光输出性能进行评价，力争实现四倍频（266nm）激光输出，为拓展现有非线性光学晶体的应用提供一条新的途径。

通过阳离子M(Ga, Bi, Sc, Y, Gd) 部分置换BABF晶体中的Al进行结构调制以增大晶体的双折射率。研究发现Bi, Sc离子对晶体双折射率影响不大，Y, Gd离子掺杂难以结晶出纯BABF晶相。实验表明Ga的掺杂可以部分置换BABF晶体中的Al并显著增大晶体双折射率。我们采用优化的B2O3-LiF-NaF助熔剂体系，生长出尺寸为25×20×10 mm3的掺镓BABF晶体，晶体的光学均匀性为10-5量级，体弱吸收值为280.3ppm/cm，激光损伤阈值为4.44GW/cm2（激光波长1064nm，脉宽5ns，频率1Hz)，最短直接倍频波长由273nm降低至259.5nm,并首次实现了BABF晶体的四倍频(266nm)激光输出。首次通过结构调制的方法，即使用元素置换扩大双折射率实现激光输出波长的扩展。国内外尚未此方向研究工作的报道，是一种产生新波长的新手段。