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紫外、深紫外激光光源在光谱学、微电子学、微机械、信息学等方面有极为广阔的应用前景。使用非线性光学晶体进行频率变换是获得紫外、深紫外相干光源的主要手段之一。本论文对BABF、KBBF两种新型紫外、深紫外非线性光学材料进行了表征和评估,取得了显著成果,论文的主要包括:
1.进行了非线性光学材料表征和评估的理论研究;包括非线性光学基本原理,非线性光学晶体中三波互作用的参数计算,晶体非线性系数的定义和测量方法,三波耦合方程的数值解模型,以及各种应用对非线性光学材料的要求等。
2.BABF是新型紫外非线性光学晶体,这种晶体易生长、与常用的BBO、LBO等非线性晶体相比,BABF具有不潮解的优点;目前对该晶体的研究很少,本文对它进行了理论和实验研究,理论计算了倍频,三次谐波(ω+2ω),四次谐波ω+3ω)的相位匹配特性、角度与波长接收带宽;光参量相位匹配特性,还计算了超短脉冲倍频时的群速度失配和群速度色散,指出BABF在超短脉冲激光倍频方面的优势。
3.基于10Hz Nd:YAG皮秒锁模激光器,实验研究了BABF晶体I类和II类相位匹配倍频的效率,I类相位匹配倍频角度接收带宽;和BABF晶体I类相位匹配三倍频的效率和角度接收带宽,相关研究结果发表在Optics Letters上。基于lOkHz Nd:YAG调Q激光器实现了8.2W倍频输出和2.9W三倍频输出,是潜在的性能良好的紫外非线性光学晶体。
4.深紫外晶体KBBF是目前唯一直接倍频匹配波长短于200nm的晶体。本文将两种方法法生长的KBBF晶体的266nm输出效率做了对比,发现熔盐法生长的晶体的倍频效率远大于水热法生长的晶体。原因是水热法生长晶体的φ角混乱,严重影响了其倍频效率。
5.基于多台激光器,获得了多项纪录:1)效率为26.1%的200nm四倍频深紫外激光输出;2)效率为10.2%的177.3nm六倍频深紫外激光输出和输出功率达12.95mW的177.3nm六倍频深紫外激光输出;3)170-232.5nm深紫外激光宽调谐输出;4)将锁模Nd:YAG激光器六倍频(177.3nm)作为激光角分辨能谱仪的光源,与合作者研制了国际首台深紫外激光角分辨能谱仪,用于高温超导材料的研究,发现了新的超导现象。