激光技術(shù)作為20世紀(jì)最具革命性的發(fā)明之一，其發(fā)展高度依賴非線性光學(xué)晶體這一關(guān)鍵材料。近日，我國(guó)科研團(tuán)隊(duì)在真空紫外非線性光學(xué)晶體領(lǐng)域取得重大突破，成功研制出氟化硼酸銨（ABF）晶體，首次實(shí)現(xiàn)158.9納米真空紫外激光直接倍頻輸出，相關(guān)成果發(fā)表于國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊。

中國(guó)科學(xué)院新疆理化技術(shù)研究所潘世烈研究員介紹，ABF晶體是該團(tuán)隊(duì)通過十年攻關(guān)完成的原始創(chuàng)新成果，從材料設(shè)計(jì)理論到化合物合成、晶體生長(zhǎng)及器件研制全鏈條實(shí)現(xiàn)自主可控。該晶體在直接倍頻真空紫外激光輸出領(lǐng)域創(chuàng)下三項(xiàng)世界紀(jì)錄：最短輸出波長(zhǎng)達(dá)158.9納米，177.3納米激光納秒脈沖能量達(dá)4.8毫焦，光轉(zhuǎn)換效率最高達(dá)7.9%。

非線性光學(xué)晶體被譽(yù)為激光技術(shù)的"魔法鏡片"，其核心作用是將普通激光轉(zhuǎn)換為特定波長(zhǎng)的超強(qiáng)光束。潘世烈解釋，真空紫外波段（波長(zhǎng)短于200納米）激光具有光子能量高、光束質(zhì)量好的特性，結(jié)合全固態(tài)激光器結(jié)構(gòu)緊湊的優(yōu)勢(shì)，在精密加工、前沿科學(xué)等領(lǐng)域具有不可替代的價(jià)值。但材料研發(fā)需同時(shí)滿足帶隙、倍頻系數(shù)、雙折射率三大要素的平衡，技術(shù)難度極高。

我國(guó)激光晶體研究始于上世紀(jì)60年代，面對(duì)國(guó)外技術(shù)封鎖，老一輩科學(xué)家通過自主組裝設(shè)備、創(chuàng)造科研條件，先后突破LBO、BBO、KBBF等關(guān)鍵材料。其中KBBF晶體曾保持全球唯一200納米以下激光輸出紀(jì)錄長(zhǎng)達(dá)31年，直至2007年我國(guó)停止對(duì)外供應(yīng)，徹底打破國(guó)外壟斷。

ABF晶體的研發(fā)延續(xù)了這種自主創(chuàng)新傳統(tǒng)。研究團(tuán)隊(duì)從氟化機(jī)制理論創(chuàng)新出發(fā)，攻克了晶體生長(zhǎng)從毫米級(jí)到厘米級(jí)的技術(shù)瓶頸，制備出國(guó)際首個(gè)高效倍頻器件。潘世烈特別強(qiáng)調(diào)，新晶體在納秒脈沖能量和轉(zhuǎn)換效率等關(guān)鍵指標(biāo)上實(shí)現(xiàn)質(zhì)的飛躍，未來通過工藝優(yōu)化仍有提升空間。

這項(xiàng)突破將為我國(guó)高端科研裝備和精密制造提供核心支撐。在超導(dǎo)研究等前沿領(lǐng)域，ABF晶體可助力開發(fā)更精密的探測(cè)設(shè)備；在工業(yè)制造方面，其輸出的短波長(zhǎng)激光能實(shí)現(xiàn)納米級(jí)加工精度。研究團(tuán)隊(duì)正推進(jìn)激光器整機(jī)研發(fā)，計(jì)劃在空間通信等"無人區(qū)"領(lǐng)域創(chuàng)造新需求，引領(lǐng)國(guó)際應(yīng)用方向。

目前，科研團(tuán)隊(duì)已建立完整的ABF晶體技術(shù)體系，下一步將重點(diǎn)突破穩(wěn)定生長(zhǎng)工藝和器件加工技術(shù)，探索更短波長(zhǎng)、更高功率的全固態(tài)真空紫外光源，持續(xù)鞏固我國(guó)在該領(lǐng)域的國(guó)際領(lǐng)先地位。