硼酸钙氧镧系列晶体的光学性能研究

自倍频晶体是兼具激光和非线性光学两种性能的光功能复合材料。与同时使用激光晶体和倍频晶体的激光器相比，自倍频激光器的特点是造价低、体积小、结构简单、调整方便，因而具有重要的研究和应用价值。近年来，两类低对称性多功能晶体，硼酸钙氧钆（GdCOB）和硼酸钙氧钇（YCOB），受到人们的普遍关注。2010年我们用Nd:GdCOB获得了3W的自倍频绿光，成为该领域内最高功率的输出，具有良好应用前景。硼酸钙氧镧（LaCOB）与GdCOB、YCOB相比，结构相同，非线性系数相近，但掺钕后激光发射截面更大，因此有望获得更高的激光和自倍频输出。通过改变组分有望首次实现非临界自倍频，这是自倍频领域内公认的最优配置，是多年来人们不懈追求的目标。本项目拟对LaCOB系列晶体的光学性能进行系统研究，包括线性光学性质、非线性光学性质、激光性质、自倍频性质，力争实现非临界自倍频，完成LaCOB系列晶体应用前景的综合评价。

近年来，稀土硼酸钙氧晶体作为一类新型的非线性光学材料，受到人们普遍关注。本项目采用熔体提拉法生长了多种LaCOB类晶体，包括LaCOB、Nd:LaCOB、LaxY1-xCOB、Nd:LaxY1-xCOB、LaxGd1-xCOB、Nd:LaxGd1-xCOB、TmCOB、NdCOB、SmCOB，以及新的激光自倍频晶体Nd:CTGS。对这些晶体的光学性能进行了较为系统的研究，包括线性光学性质、非线性光学性质、激光和自倍频性质等，得到以下重要结果：（1）LaCOB对1064 nm的最佳倍频方向位于（113.5°，43.8°），相应的有效非线性系数为1.70 pm/V，转化效率达到55%。（2）用LaCOB、La0.1204Y0.8796COB、La0.1404Y0.8596COB晶体分别实现了钛宝石激光（808 nm）非临界倍频、Nd:YAG激光（1064 nm）的非临界倍频和三倍频，转换效率分别达到45%、48.8%、32.2%。（3）在研究二类倍频的过程中，用实验确定出非线性系数d31的符号为负，解决了本领域存在多年的难题。（4）发现此类晶体在掺入La元素后容限角变大、走离角变小，自倍频性能更佳，用Nd:LaGdCOB和Nd:LaYCOB分别获得了125 mW和70 mW的自倍频绿光。本项目实现了预期目标，在晶体生长、基本性能测试、激光特性研究等方面取得了宝贵经验，为该类晶体的进一步研究和应用打下了基础。项目执行期间，共发表论文50篇（已标注本项目号），包括SCI论文43篇（其中影响因子大于10的1篇，在10与3之间的15篇，两篇论文被选为杂志外封面重点介绍），EI论文6篇，中文核心论文1篇。获得发明专利和实用新型专利各1项（已授权），关于ReCOB晶体的研究获得2015年山东省高等学校优秀科研成果奖（三等）。