新型非线性光学晶体LCB激光三倍频特性研究

La2CaB10O19 （LCB）is one member of the newly discovered nonlinear optical(NLO) borate crystals RCB (R2CaB10O19) family, where R represents.rare-earth element.Compared with LiB3O5 (LBO) crystal which is widely used in the thired-harmonic generation (THG), its larger effective nonlinear coefficient and better anti-hygroscopic properties made it has a high potential value in THG applications. However, the crystal structure is complex and has a low symmetry,its crystallographic axes (a, b, c) and optical axis (X, Y, Z) which will be used on optical characteristics studies of crystals is not coincied completely, so that the optimum phase matching direction in THG of LCB crystal is not defined yet. This project will build a physical model specifically for the analysis of nonlinear optical properties of LCB, determine its optimum phase matching direction in THG and get the best optical parameters required for the experiment; establish a model to design and optimum the experimental program of the THG using LCB crystal.Guiding with this model, a 355nm ultraviolet laser output with high conversion efficiency and high stability will obtained. This proposal is of great significance and practical value in depth undering the THG prospects of LCB crystal.

La2CaB10O19（LCB）晶体是一种新型稀土硼酸盐非线性光学晶体，与在激光三倍频中广泛应用的LiB3O5 (LBO) 晶体相比，其大的有效非线性系数以及更好的抗潮解特性，使其在激光三倍频应用中具有很高的潜在价值。然而LCB晶体结构复杂，对称性低，其自身结晶学轴（a, b, c）与研究晶体光学特性所要用到的光学主轴（X, Y, Z）之间完全不重合，以致LCB晶体三倍频最佳相位匹配方向仍未确定。本项目将建立专门用于分析LCB晶体非线性光学特性的物理模型，确定其三倍频最佳相位匹配方向并得到实验所需的各项最佳晶体参数；建立LCB晶体激光三倍频实验优化设计模型，指导LCB晶体激光三倍频实验，实现高转换效率、高稳定性355nm紫外激光输出。本项目的研究对于深入了解LCB晶体在激光三倍频方面的应用具有重要的科学意义与实用价值。

La2CaB10O19（LCB）晶体是一种新型稀土硼酸盐非线性光学晶体，与在激光三倍频中广泛应用的LiB3O5 (LBO) 晶体相比，其大的有效非线性系数以及更好的抗潮解特性，使其在激光三倍频应用中具有很高的潜在价值。然而LCB晶体结构复杂，对称性低，其自身结晶学轴（a, b, c）与研究晶体光学特性所要用到的光学主轴（X, Y, Z）之间完全不重合，以致LCB晶体三倍频最佳相位匹配方向仍未确定。本项目从LCB晶体的基本光学参数——非线性光学系数矩阵入手，逐一确定了各系数的符号，利用修正后的非线性光学系数矩阵重新计算了LCB晶体的激光三倍频相位匹配方向并进行实验验证，使理论计算与最终实验结果相吻合。建立了新型的非线性光学晶体激光频率变换优化设计物理模型，增加了倍频、和频实验过程中晶体内部光斑分布情况、光束能量比例情况、光斑重叠及走离补偿情况等关键参数的实时模拟，此物理模型与实际实验情况更加贴近，更能很好地指导和优化实验。通过不断地优化设计实验方案，我们采用自行搭建的大功率线偏振调Q激光作为基频光源，用LCB晶体实现了高达20W的355nm激光稳定输出，用物理所低重频高峰值功率的进口激光器作为基频光源，用LCB晶体实现了转换效率高达35.2%的三倍频转换效率，远远高出之前文献报道的（与本项目中所用光源与晶体参数均相同）转换效率实验结果。这些结果充分表明LCB晶体是非常优秀的激光三倍频晶体，在高功率355nm激光输出领域具有非常高的实用价值。