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激光核心60mmx60mm口径YCOB晶体研制成功

导读: 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。

  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60 mm X 60 mm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35 J的527 nm泵浦光转化为能量3.36 J的800 nm信号光,该信号光压缩脉冲周期为44.3fs,带宽达到49 nm,表明YCOB晶体可成为拍瓦激光系统的末级放大器(初步结果发表于Optics Letters 37(2012)1712)。

  另外,YCOB晶体同时是一种性能优异的高温压电材料,其优点是从室温至熔点没有相变点,压电活性保持到接近熔点;而且高温电阻率极高,是迄今为止报道的高温电阻率最高的晶体材料,800oC电阻率达到2.0x108Ω?cm,1000oC电阻率仍大于1.0x107Ω?cm。该晶体制作的压电传感器可应用于高达1000oC的温度环境中,可用作航空航天发动机的振动监测器件。

  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。

直径3英寸YCOB晶体和60mm X 60mm口径器件

直径3英寸YCOB晶体和60mm X 60mm口径器件

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