悦能光电实现4 kg级LBO晶体的批量生产

近日,河南悦能光电科技有限公司(以下简称“悦能光电”)在熔盐法大尺寸晶体生长方面获得突破性进展,他们采用独立设计的大型熔盐炉实现了4 kg级三硼酸锂晶体(LBO)的批量化生产。需要说明的是,悦能光电在这几年最艰难的生产研发过程中,一直与中国科学院理化技术研究所晶体中心保持着良好的合作,这也是公司获得进展的关键因素之一。

用DSC法测定BBO、LBO和CLBO晶体的恒压比热容

本文用差示扫描量热法 (DSC)测定了非线性光学晶体BBO、LBO和CLBO的恒压比热容 ,计算了在 2 2 0～ 4 2 0K温度范围内每间隔 10K的焓差值和熵差值。有关误差分析表明 ,该测试方法是有效的 ,并可用于其它晶体的恒压比热容的测量。

LBO晶体的超精密加工工艺研究

采用Logitech PM5精密研抛机,通过机械抛光和化学机械抛光方法超精密加工LBO晶体;详细研究了LBO晶体的超精密加工工艺,并观察研磨和抛光等加工过程后的晶体表面形貌;研究抛光液和抛光垫在抛光中对LBO晶体表面微观形貌的影响。使用Wkyo激光干涉仪测量平面度,光学显微镜观察表面宏观损伤,原子力显微镜测量表面粗糙度和观察微观形貌。通过实验,实现高效率、高精度、高质量的LBO晶体的超精密加工,得到了LBO晶体的超精密加工工艺;超精密加工后晶体的表面粗糙度<0.2nm RMS,表面平面度<λ/10(λ=633nm),微观损伤少。

LBO晶体非临界相位匹配倍频研究

利用LBO晶体对Nd:YAG ns激光器进行了腔外倍频实验研究。实验中LBO晶体采用Ⅰ类非临界相位匹配(NCPM),温度调谐,将倍频转换效率和温度调谐的理论值与实验数据进行了对比,实验结果基本与理论值相符。当基频光的单脉冲能量为1.3J时,获得了840mJ的532nm倍频绿光输出,最高转换效率达到65％,倍频光能量不稳定度小于±3％。

缓冲层对LBO晶体上1064nm,532nm增透膜附着力的影响

采用电子束蒸发方法在LBO晶体上制备了无缓冲层和具有不同缓冲层的1064 nm,532 nm二倍频增透膜。利用分光光度计、纳米力学综合测试系统以及调Q脉冲激光装置对样品的光学性能、附着力以及抗激光损伤性能进行了测试分析。结果表明:所有样品在1064 nm和532 nm波长的剩余反射率都分别小于0.1%和0.2%;与无缓冲层样品相比,预镀Al2O3缓冲层样品的附着力提高了43.1%,具有SiO2缓冲层样品的附着力显著提高,而MgF2缓冲层的插入却导致薄膜附着力降低。应用全塑性压痕理论和剪切理论对薄膜的附着力增强机制进行了分析。薄膜的抗激光损伤性能分析表明,SiO2缓冲层也有助于改进薄膜的激光损伤阈值。

LBO晶体直接倍频获得488nm激光

利用LBO晶体直接倍频波长为976nm的连续半导体激光二极管,获得了波长为488nm的连续蓝光输出,最大输出功率25mW。设计并分析了一个用于976nm激光倍频的L型谐振腔,并在实验基础上,制成了一台小型全固态488nm连续蓝光激光器。

缓冲层对LBO晶体上1064nm,532nm二倍频增透膜的激光损伤阈值的影响

采用电子束蒸发方法在LBO晶体上制备了无缓冲层和具有不同缓冲层的1064nm,532nm二倍频增透膜.利用Lambda900分光光度计和调Q脉冲激光装置对样品的光学性能和抗激光损伤性能进行了测试分析.结果表明,所有样品在1064nm和532nm波长的剩余反射率都分别小于0.1%和0.2%.与无缓冲层样品相比,采用SiO2和MgF2缓冲层薄膜的激光损伤阈值分别提高了23.1%和25.8%,而Al2O3缓冲层的插入却导致薄膜的激光损伤阈值降低.通过观察薄膜的激光损伤形貌,分析破斑的深度信息和电场分布,表明LBO晶体上1064nm,532nm二倍频增透膜的激光损伤破坏主要表现为膜层剥落,激光产生的热冲击应力使薄膜应力发生很大变化,超过膜层之间的结合而引起膜层之间的分离.采用SiO2或MgF2缓冲层可改进Al2O3膜层的质量,从而有利于提高薄膜的激光损伤阈值.

LBO晶体超光滑表面抛光机理

胶体SiO2抛光LBO晶体获得无损伤的超光滑表面,结合前人对抛光机理的认识,探讨了超光滑表面抛光的材料去除机理,分析了化学机械抛光中的原子级材料去除机理。在此基础上,对胶体SiO2抛光LBO晶体表面材料去除机理和超光滑表面的形成进行了详细的描述,研究抛光液的pH值与材料去除率和表面粗糙度的关系。LBO晶体超光滑表面抛光的材料去除机理是抛光液与晶体表面的活泼原子层发生化学反应形成过渡的软质层,软质层在磨料和抛光盘的作用下很容易被无损伤的去除。酸性条件下,随抛光液pH值的减小抛光材料的去除率增大;抛光液pH值为4时,获得最好的表面粗糙度。

LBO晶体Ⅱ类相位匹配走离角及互作用长度的计算

从非线性光学理论出发,数值计算了LBO晶体Ⅱ类相位匹配1064 nm光波倍频的走离角及互作用长度。在全匹配角范围内,1064 nm慢、快两光间夹角的范围是0-1.0°,θ≈0°。Ф≈90°时,夹角为0°;θ≈45°,Ф≈55°时,最大夹角约为1.0°。慢、快两基频光光斑线度相同时,波矢沿θ≈0°,Ф≈88°方向入射时,其互作用长度最大。

无损伤超光滑LBO晶体表面抛光方法研究

传统的抛光LBO晶体的方法是选用金刚石抛光粉在沥青抛光盘上抛光。沥青盘易于变形不容易修整,金刚石粉特别硬容易损伤抛光晶体表面。抛光过程中,抛光盘和抛光粉的选择是非常重要的,直接影响到抛光效率和最终的表面质量。新的抛光LBO晶体的方法,其抛光过程是一个化学机械过程,抛光盘、抛光粉和抛光材料相互作用。选用两种抛光盘(培纶和聚氨酯盘),三种较软的抛光磨料(CeO2,Al2O3和SiO2胶体),并在LBO晶体的(001)面进行抛光实验。用原子力显微镜测量和分析了表面粗糙度。结果表明,使用聚氨酯盘和SiO2胶体能够获得无损伤超光滑的LBO晶体表面,其表面粗糙度的RMS为0.3nm。

LBO晶体上ZrO_2薄膜的显微结构和光学性质

用电子束蒸发方法在三种不同取向的三硼酸锂(LiB3O5,简称LBO)晶体上沉积了ZrO2 薄膜。采用分光光度计和X射线衍射技术对LBO晶体基底结构对薄膜光学性质和显微结构的影响进行了研究。实验结果表明:基底结构对薄膜的显微结构和光学性质具有明显影响,即X- LBO,Y0 LBO和Z LBO上沉积的ZrO2 薄膜分别沿m(-212),m(021)和o(130)择优生长,且m(021)择优取向的ZrO2 薄膜具有最高的折射率和最小的晶格不匹配。

LBO晶体用于宽带激光谐波转换的基本特性

实现宽带高功率钕玻璃激光高效谐波转换的关键在于选择合适的非线性晶体和技术。文中给出了波长为１．０５４μｍ的基波光脉冲在ＬＢＯ晶体中的各类倍频及三倍频相位匹配，着重分析了ＬＢＯ的光谱接受范围和角度接受范围。结果表明，采用成熟的谐波转换技术，选用ＬＢＯ晶体，可实现ｌｎｍ左右的宽带高功率激光的高效三倍频转换。

基于LBO晶体三倍频的激光实验系统的研究

首先简述了晶体的倍频理论,总结了适用于紫外倍频的非线性光学晶体的特性,提出了倍频晶体选择的理论依据,选用KTP晶体,调试出高效腔外倍频绿光激光器。选用LBO晶体,设计出一台紫外激光器,获得稳定的24.3mw的355nm紫外激光输出,转换效率为10.6%。

基于LBO晶体的高效千赫兹皮秒量级光学参量产生器

本文所述的光学参量产生器(OPG)是基于高效的三硼酸锂(LBO)晶体,由倍频半导体激光Nd:YVO4振荡放大(MOPA)系统作为泵浦辐射源.根据Boydand Kleinman理论:聚焦效应可以使泵功率密度为50 GW/cm2,这远远低于LBO晶体的损伤阈值80 GW/cm2,发生简并时其总的转换效率可达到72%.当整体转换效率达到50%时,OPG可调谐范围的范围可以从760 nm到1770 nm.当转换效率低于40%(M2<1.3)时,光束质量是非常优良的.通过种子光注入OPG,10 nm(RMS)谱线带宽可以被缩窄.种子激光注入可以表示为波长922.54 nm的信号.30 n W种子CW具有足够的功率可以将光谱宽度减少为0.1 nm(RMS).测量种子光注入OPG脉冲持续时间为9 ps(FWHM).这会导致时间带宽积为1.30,这是sech2型脉冲理论极限为0.315的4.1倍.

LBO晶体缺陷的研究

本文报道利用光学显微法和同步辐射白光 X射线形貌术对非线性光学晶体 LBO缺陷的研究结果。利用光学显微法观测 ,得到多个面不同形态的位错蚀坑和小角度晶界 ;利用同步辐射白光 X射线形貌术拍摄出晶体薄片的形貌照片 ,观测到密集的位错以及包裹物的衍射花样。

LBO晶体的光散射研究

ＬＢＯ晶体的光散射研究王越，蒋毅坚，刘玉龙（北京工业大学应用物理系北京１０００２２）（中科院物理研究所北京１０００８０）ＳｔｕｄｙｏｎｏｎＬＢＯＣｒｙｓｔａｌｂｙＬｉｇｈｔＳｃａｔｔｅｒｉｎｇ￥Ｙ．Ｗａｎｇ￣１；Ｙ．Ｊ．Ｊｉａｎｇ￣１ａｎｄＹ，Ｌ．Ｌ...

LBO晶体上1064,532nm倍频增透膜的镀制及性能分析

用电子束蒸发沉积方法在X切LBO(X-LBO)晶体上镀制了两种不同膜系结构的1 064和532nm倍频增透膜,其中一种膜系结构为基底/ZrO2/Y2O3/Al2O3/SiO2/空气,另一种为基底/0.5Al2O3/ZrO2/Y2O3/Al2O3/SiO2/空气,两种膜系结构的主要差别在于有无氧化铝过渡层。测量了薄膜的反射率光谱曲线,发现两种增透膜在1 064和532 nm处的反射率均小于0.5%,实际镀制结果与理论设计曲线的差异主要是由材料折射率的变化引起的。且对样品在空气环境中进行了温度为473 K的退火处理,结果发现两种膜系结构均表现了较优异的光学性能,氧化铝过渡层的加入使薄膜具有强的热应力性能。

LBO晶体和频产生589 nm激光的数值模拟及实验研究

基于非线性光学理论,分析了1 064 nm和1 319 nm和频产生589 nm激光源的理论基础。针对LBO晶体的I类相位匹配条件及最佳晶体长度的选择进行了计算机数值模拟,给出了最佳晶体长度与总入射功率的关系曲线。当波矢量与光轴夹角为90°,波矢量方位角为3.39°时,计算出相应的有效和频系数为0.952×10-12m/V。设计了一种简便高效的实验和频方案,二极管泵浦Nd:YAG激光器经腔镜镀膜及腔内可倾斜标准具调谐,分别输出了波长为1 064 nm和1 319 nm的准连续激光,然后通过脉冲同步调节,实现了589 nm黄光输出,平均功率达到500 mW,光束质量因子M2约2.1,和频效率18%。

LBO晶体的生长缺陷研究

采用化学腐蚀光学显微法和同步辐射截面形貌术研究了三硼酸锂（LBO）晶体的生长缺陷，实验结果表明，LBO晶体中的主要缺陷是位错、包裹物和扇形界。讨论了这些缺陷形成的原因和降低缺陷的措施。

“中国晶体珍宝”——LBO晶体

“中国牌”晶体奠定了中国在非线性光学晶体材料领域的领先地位,也促进了激光(尤其是固体激光)技术的迅猛发展。三硼酸锂(LBO)是第二块被誉为“中国牌”晶体的可见/紫外非线性光学晶体,由中国科学院福建物质结构研究所陈创天和吴以成院士团队于20世纪80年代发明。该晶体以其优异的综合性能获得国内外的广泛关注,被美国Lasers&Optronics杂志评为1989年度国际“十大激光高技术产品成就”之一。相关成果于1990年获中国科学院科技进步一等奖,1991年获国家发明一等奖。