基于新型氟化物非线性光学晶体的全固态深紫外激光器

This project will systematically study the all-solid-state laser (ASSL) based on the new deep-ultra-violet (DUV) nonlinear optical crystal of fluoride system. By theoretically calculation, crystal growth, experimental characterization and DUV laser generation, the DUV fluoride nonlinear optical crystals with good performance will be selected and the new all-solid-state DUV coherent radiation output will be realized. This project is pioneering and innovative. Through the implementation of this project, it is expected to obtain independent intellectual property rights of the new fluoride crystal growth, characterization and DUV ASSLs. It is hoped to achieve the breakthrough of the DUV ASSLs based on fluoride nonlinear optical crystals, lay the foundation for DUV ASSLs with higher conversion efficiency and shorter ultraviolet cut-off wavelength, train the professionals in materials, physics and optoelectronics.

本项目将系统地研究基于新型深紫外氟化物体系非线性光学晶体的全固态激光器。通过理论计算、晶体生长、实验表征和深紫外激光产生等三方面的研究工作，甄选出具有良好性能的深紫外氟化物非线性光学晶体，通过非线性频率转换实现新型全固态深紫外激光相干辐射输出。本项目具有开拓性和创新性，通过本项目的执行，预期可以在取得新型氟化物非线性晶体生长、表征和深紫外激光器等方面的自主知识产权，在基于深紫外氟化物非线性光学晶体及其深紫外激光器研究中取得突破，为获得高转换效率、更深紫外的全固态深紫外激光器打下基础，同时本项目将培养材料、物理和光电子方面的专业人才。

全固态真空紫外激光器由于在激光光刻、微加工、光电子能谱、原子钟的重要应用得到了广泛的关注。本项目通过理论计算、晶体生长、实验表征和深紫外激光产生等三方面的研究工作，在基于深紫外氟化物非线性光学晶体及其深紫外激光器研究中取得突破，为获得高转换效率、更深紫外的全固态深紫外激光器打下基础。具体主要研究成果包括：（1）在多体微扰理论和杂化功能的框架下计算了深紫外（DUV）非线性光学晶体BaMgF4和KBe2BO3F2的电子结构和光学性质。（2）利用用温度梯度法和坩埚下降法生长分别得到了直径约75 mm，长度约50 mm，和直径约80 mm，长度约55 mm的高质量BaMgF4单晶。（3）通过对界面非线性过程的研究，实现了多层界面上产生倍频光的相干相长。基于反馈的波前整形方法，实现了百纳米级铌酸锂和微米级氟化镁钡强散射介质中的有效倍频聚焦输出及其复杂光谱的调控。（4）利用BaMgF4晶体界面切伦科夫非线性效应，成功实现了175.5nm真空紫外激光的输出。（5）项目授权国家发明专利3项，发表SCI收录源论文43篇，培养博士研究生5名，硕士研究生6名。