紫外倍频晶体CLBO地研究进展及变频器加工.pdfVIP

紫外倍频晶体CLBO的研究进展及变频器加工 沈德忠 清华大学人工晶体研究院 此前用于近红外(特别是Nd离子发出的1064rim)激光四倍频的非线性光学晶体主 大，但在用作变频时，能量走离角较大，角度带宽、光谱带宽、温度带宽都比较小，使 用起来很不方便。特别是BBO晶体在266nm激光的辐照下容易产生光折变损伤，266nm 激光功率超过300mW，BBO晶体就会被打坏。2003年北京大学重粒子物理研究所从瑞 的非线性光学晶体即为BBO。此种型号的激光器可达到的标准266nm的输出功率为 太小，无法完成他们承担的科研项目《自由电子激光器》的重要组成部件——．、注入器所 要求达到的指标，所以，探索性能优异的新型紫外激光倍频晶体，一直是激光变频领域 、 的重要课题。 三元体系进行了仔细的研究。1994年，美国俄勒冈大学M．J．Tu的博士论文就介绍了 合成、生长及非线性光学特性，认为该晶体很适合用作1064nm激光的四、五倍频。此 后，美国、英国、俄罗斯、印度、韩国等国也都开展了有关CLBO晶体的研究。 我国从90年代起，就作了不少有关制备CLBO晶体的工作，但因为CLBO晶体有 一个缺点：放置在室温大气环境中会开裂破坏，有的研究者认为这是CLBO的自杀，因 而国内不少单位放弃了对CLBO晶体进一步的研究。 有学者认为，CLBO晶体的开裂是由于该晶体在室温下有一个相变点，从而因相变 而导致开裂；另一些学者则认为：开裂是由于空气中的水蒸气侵入晶体而引起的。我们 测试了CLBO晶体的DTA曲线，仔细分析了该晶体的晶体结构，并作了一些相应的实 验，证明CLBO晶体在室温下没有相变点，其开裂是由于大气中的水分子由该晶体的a、 b晶轴方向进入，与Cs及B产生反应，打断了原来的分子键链，从而造成开裂。 第2页 找到开裂的真正原因后，防止开裂的措施也就明确了，那就是：防潮。目前有两种办法， ～是沿用防止KDP潮解的那种防潮盒，另一种是用恒温在100℃一130℃的恒温槽。这两 种方法都可使在室温大气环境中使用的CLBO晶体变频器的寿命超过两年。 目前用CLBO晶体制成的1064nm四、五倍频器已获得很好的实验结果。日本人用 激光输出，使他们的注入器的研制顺利地通过验收。用CLBO作1064rim激光的五倍频， 波可调谐技术方面，也取得很好的进展。 在加工CLBO变频器时碰到一个问题。为减少变频器两通光面对入射激光的反射损 耗，应在其上镀相应波长的增透膜。但目前镀制266nm增透膜的技术并未完全过关，于 是一些用户希望将所需的CLBO四倍频器按一般制备非镀膜光学器件那样，将其两通光 面切割成布儒斯特角(简称布氏角)，以达到不镀增透膜也能减少反射损耗的目的。一 般光学材料例如玻璃、透明塑料等，不会使穿过其间的光束的偏振状态发生任何改变， 所以出射通光面与入射通光面的布氏角不但相等，而且切割方位也是相同的。这些材料 制成的光学器件其入射通光面与出射通光面切割成布氏角后，相互之间是平行的。此前， 我们也按用户的要求，将CLBO四倍频器的入射面和出射面按布氏角切割成相互平行的 通光面，但用户使用后并未返回试用的效果，这种平行布氏切割通光面的倍频器是否真 能减少反射损耗? 经过仔细的研究，我们发现，对于激光变频器，将入射通光面和出射通光面按布氏 角切割成相互平行的通光面进行变频应用，不但不能减少反射损耗，反而增加损耗。其 原因就在于：变频器要满足相位匹配条件，也就是说，变频器必定要改变入射光束的偏 振方向，而通光面的反射损耗与光束的偏振状态密切相关。本报告将详细讲述真正能减 少变频器通光面反射损耗的布氏切割应遵守的准则，并针对单轴晶的I型、n型相位匹 配以及双轴晶的布氏角切割方法进行图示说明。 第3页