新型深紫外非线性光学晶体NaSr3Be3B3O9F4生长及性能研究

NaSr3Be3B3O9F4（NSBBF）is a newly developed deep-UV nonlinear optical crystal in the Technical Institute of physics and chemistry, CAS. Its cutoff wavelength is located at 170nm and the powder SHG coefficient is about four times than that of KDP. The crystal structure is suitable to produce a moderate birefringence and overcome the layer growth habit. It is expected to be a potential deep-UV nonlinear optical crystal..In this project we will focus on crystal growth and optical properties of the NSBBF. By exploring the flux system and optimizing the growth conditions, it is possible to obtain bulk transparent NSBBF crystals. On the basis of that, its linear and nonlinear optical properties are measured including transmittance spectrum, refractive index and phase-matching angles. The relationship between the crystal structure and optical properties will be discussed. Finally the UV harmonic generation will be carried out. Thus the prospect of the crystal will be estimated..The NSBBF crystal is originally developed in our group. Continue investigations on this crystal are important for exploring new deep-UV nonlinear optical crystals, which is quite significant for both science and technology..

NaSr3Be3B3O9F4 （NSBBF）是中科院理化所晶体中心继KBe2BO3F2（KBBF）族晶体之后发现的又一新型深紫外非线性光学晶体。NSBBF的粉末倍频效应约为KDP晶体的四倍，紫外截止波长到达170nm，其空间结构有利于产生适中的双折射率，且克服了KBBF族晶体的层状生长习性，预期可生长块状单晶，是一种有潜力的深紫外非线性光学晶体。.本项目重点开展NSBBF晶体生长和光学性能研究。探索适合生长NSBBF晶体的助熔剂体系及合适的生长工艺，获得可供性能测试的晶体。并对晶体的线性和非线性光学性能进行系统测量，研究晶体结构与光学性能的关系，初步开展紫外倍频输出实验，评估晶体在紫外﹑深紫外区域的应用前景。. NSBBF晶体是我们自主研发的，具有原创性，深入开展此晶体生长和性能研究，对于探索和开发新型深紫外非线性光学晶体，保持我国在深紫外非线性光学领域的国际领先地位，具有重要意义。

高功率四倍频266nm激光在光刻、微加工、工业上均有广泛的应用前景。目前常用的紫外非线性光学晶体是BBO和CLBO，这两种晶体由于本征的缺点，在高功率266nm应用上都存在一些问题。如：BBO晶体在产生高功率266nm输出时出现双折变效应，输出功率难以提高；CLBO晶体非常容易潮解，必须在150C下使用，使用很不方便，限制了它的产业化应用。因此，探索综合性能更优秀的四倍频晶体具有重要的研究价值和应用意义。NaSr3Be3B3O9F4 （NSBBF）是中科院理化所晶体中心首先发现的一种新型紫外非线性光学晶体，它的粉末倍频效应约为KDP晶体的四倍，紫外截止波长到达170nm，其空间结构有利于产生大的双折射率，且克服了KBBF族晶体的层状生长习性，预期可生长块状单晶，是一种有潜力的紫外非线性光学晶体。.本项目重点开展NSBBF晶体生长和光学性能研究。探索适合晶体生长的助熔剂体系及合适的生长工艺，找到了一种LiF-B2O3-NaF复合助溶剂体系，首次获得厘米级透明晶体。测量了晶体的双折射率，计算出晶体的最短倍频波长是233nm，可实现四倍频266nm激光输出。测量了晶体的热学性能，结果表明晶体具有和CLBO晶体相当的比热，晶体具有较小的各相异性，有利于高质量晶体生长及高功率激光输出。首次制备了NSBBF的四倍频器件，在皮秒高重频532nm激光系统中，实现了最高1.6瓦的266nm激光输出。对其光学性能进行了综合评估，NSBBF具有短的紫外截止波长，较大的非线性光学效应，较小的离散角，较大的接收角，物化性能稳定，不潮解，在高功率四倍频266nm输出方面具有较大的优势。. NSBBF晶体综合性能优良，具有自主知识产权，值得深入开展研究，进一步提高晶体质量，研究高功率激光输出的最佳方案，实现高功率四倍频266nm输出，推进其实用化进程。