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本報北京1月29日電（記者崔興毅）

激光技術(shù)被譽為20世紀“四大科技發(fā)明”之一。聚焦真空紫外非線性光學晶體材料領(lǐng)域基礎(chǔ)研究和關(guān)鍵核心技術(shù)，中國科學院新疆理化技術(shù)研究所（以下簡稱“新疆理化所”）潘世烈團隊成功研制出氟化硼酸銨（ABF）晶體，首次實現(xiàn)直接倍頻真空紫外激光158.9納米輸出，創(chuàng)造了該領(lǐng)域世界最短輸出波長紀錄。相關(guān)成果于29日在國際學術(shù)期刊《自然》發(fā)表。

全固態(tài)真空紫外激光源（波長≤200納米）因光子能量高、光束質(zhì)量好、結(jié)構(gòu)緊湊且穩(wěn)定性強等特性，在精密加工、高端科研裝備等多個領(lǐng)域具有不可替代的戰(zhàn)略意義。長期以來，氟代硼鈹酸鉀晶體（KBBF）是唯一能夠通過直接倍頻技術(shù)實現(xiàn)200納米以下激光輸出的實用晶體，由陳創(chuàng)天院士團隊在20世紀90年代發(fā)明。隨著應用需求的不斷發(fā)展，尋找下一代性能更優(yōu)的新型晶體成為該領(lǐng)域的挑戰(zhàn)性科學難題。

“非線性光學晶體是實現(xiàn)這一激光輸出的核心材料?！毙陆砘L潘世烈介紹，作為激光設(shè)備的關(guān)鍵部件，該類晶體可以轉(zhuǎn)換激光頻率，從而獲得不同波長的激光，滿足多樣化的應用需求。如何突破這一技術(shù)桎梏？潘世烈團隊從源頭出發(fā)，創(chuàng)造性地提出“氟化”設(shè)計思想，將元素周期表中電負性最強的氟元素引入到硼酸鹽晶體結(jié)構(gòu)中，攻克對非線性光學材料關(guān)鍵性能的協(xié)同調(diào)控和晶體生長技術(shù)難題，成功獲得厘米級高光學質(zhì)量的ABF單晶，為緊湊、高效的全固態(tài)真空紫外激光器提供了全新的材料體系。

“新晶體的加工器件制造尤為困難，其軟硬度等各種物理參數(shù)的匹配都需要從頭摸索?！迸耸懒艺f，經(jīng)過長期試驗，團隊自主研發(fā)出一套完整適配ABF晶體的器件加工工藝，涵蓋從定向切割、粗拋到精拋的全流程，實現(xiàn)了從晶體到實用器件的跨越。測試結(jié)果表明，該晶體綜合性能優(yōu)異，在直接倍頻真空紫外激光輸出方面刷新了3項世界紀錄——直接倍頻真空紫外激光輸出波長最短、納秒177納米脈沖能量最高、光光轉(zhuǎn)換效率大幅提升，綜合性能遠超現(xiàn)有材料。

“憑借獨特優(yōu)勢，ABF晶體能應用于研制高性能全固態(tài)真空紫外激光器?！毙陆砘w材料研究中心研究員張方方介紹，該成果可以為高端科研裝備的研發(fā)、超高精度激光加工、原始創(chuàng)新領(lǐng)域的空間通信等提供核心材料支撐，應用前景十分廣闊。據(jù)悉，新疆理化所享有對ABF晶體從理論計算、晶體生長到器件研制、激光輸出的全鏈條自主知識產(chǎn)權(quán)。該晶體的研發(fā)標志著中國在真空紫外非線性光學晶體關(guān)鍵材料方向取得重要突破，為保持中國在該領(lǐng)域的國際領(lǐng)先地位作出積極貢獻。

“下一步，新疆理化所將持續(xù)開展ABF晶體穩(wěn)定生長技術(shù)、器件加工工藝及激光光源研制和應用的研究，力爭實現(xiàn)更短波長、更大能量、更高功率的全固態(tài)真空紫外光源創(chuàng)新，為精密制造、前沿科研裝備提供有力支撐。”潘世烈表示。