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中科院研制成功60mmx60mm口径YCOB晶体器件

导读: 目前,中国科学院上海硅酸盐研究所所属的西卡思(SICCAS)公司已开始向各类用户提供高品质、大口径的YCOB晶体非线性光学和压电器件。

  激光晶体的主要应用领域是固体激光器,作为产生受激辐射跃迁的工作物质,激光晶体中的掺杂离子能级结构决定了激光器的波长,基质的晶格结构及其宏观物理、化学性能决定了激光器的输出性能。可以说,激光晶体在很大程度上影响着固体激光器的发展。

  激光晶体是重要的光电信息功能材料之一,是光电子技术特别是激光技术的重要物质基础,其发展程度与激光技术的发展密切相关。激光晶体技术的发展和应用是衡量一个国家高科技发展水平的重要标志之一。随着光电子技术的发展和应用的日益广泛,对激光晶体材料也提出更高、更新的要求。晶体材料可以用来进行激光频率转换,扩展激光的波长;用来调制激光的强度、相位;实现激光信号的全息存储、消除波前畴变的自泵浦相位共轭等等。所以,非线性光学晶体是高新技术和现代军事技术中不可缺少的关键材料,各发达国家都将其放在优先发展的位置,并作为一项重要战略措施列入各自的高技术发展计划中,给予高度重视和支持

  激光晶体可将外界提供的能量通过光学谐振腔转化为在空间和时间上相干的具有高度平行性和单色性激光的晶体材料。是晶体激光器的工作物质。激光晶体由发光中心和基质晶体两部分组成。大部分激光晶体的发光中心由激活离子构成,激活离子部分取代基质晶体中的阳离子形成掺杂型激光晶体。激活离子成为基质晶体组分的一部分时,则构成自激活激光晶体。

  YCa4O(BO3)3(简称YCOB)晶体是1996年由法国科学院Aka等人发明的新晶体,此后人们发现该晶体具有优越的非线性光学性能、高温压电性能以及良好的化学稳定性,在近几年重新受到重视。与高功率激光系统常用的非线性光学晶体LiB3O5(LBO)相比,该晶体具有如下优点:晶体不易潮解;有效非线性光学系数比前者大37.5%;温度容许范围宽22倍;虽抗激光损伤阈值相近,但参量荧光小三个数量级;热膨胀系数小一个数量级且各向异性小,可加工性能更好。该晶体可采用提拉法生长,生长周期短,成本更低,有利于获得可制作大口径激光器件的晶体。用该晶体制作的大口径激光器件,可实现高能量和高功率激光系统的倍频(SHG)、三倍频(THG)、光参量振荡(OPO)、光参量放大(OPA)以及光参量啁啾脉冲放大(OPCPA)。

  2010年,中国科学院上海硅酸盐研究所在国家863项目的资助下,开展了YCOB晶体的生长研究,攻克原料合成的难题,并探索合适温场,解决晶体多晶、发黑等生长问题,于2010年初获得1英寸直径YCOB晶体,2010年底成功生长2英寸直径YCOB晶体,2011年3月将YCOB晶体的直径扩大到3英寸以上;随后克服晶体解理、包裹体、生长条纹等生长缺陷,于2011年6月获得了无开裂和无包裹体的晶体;经测试,晶体光学均匀性好于2.0x10-5,用该晶体制作了60mmX60mm口径的YCOB晶体非线性光学器件,成功应用于焦耳量级的非共线参量啁啾脉冲放大(OPCPA),在前端钛宝石啁啾脉冲放大基础上,将能量35J的527nm泵浦光转化为能量3.36J的800nm信号光,该信号光压缩脉冲周期为44.3fs,带宽达到49nm,表明YCOB晶体可成为拍瓦激光系统的末级放大器。

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