上海光機(jī)所在高能量深紫外激光研究方面取得進(jìn)展

圖1 KDP家族晶體產(chǎn)生深紫外激光特性分析

近日，中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所高功率激光物理聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室在高能量深紫外激光產(chǎn)生研究方面取得新進(jìn)展，相關(guān)研究成果以Deep-UV laser source based on χ(2) optical frequency conversion and χ(3) stimulated Raman scattering為題發(fā)表于Optics Letters。

高能深紫外激光具有脈沖能量高、波長(zhǎng)短的優(yōu)勢(shì)，不僅能夠在材料中產(chǎn)生強(qiáng)烈的非線(xiàn)性展寬、多光子電離、光化學(xué)反應(yīng)等豐富物理機(jī)制，也是高能密度物理中等離子體診斷的理想光源，因而，其在激光物理、工業(yè)制造、光譜學(xué)等眾多領(lǐng)域均顯現(xiàn)出了重要的應(yīng)用?；?μm波長(zhǎng)激光的五次諧波是獲得200 nm深紫外激光的重要途徑之一。由于KBBF、BBO、CLBO等晶體難以獲得大尺寸，極大地限制了深紫外激光能量的提升。具有大尺寸生長(zhǎng)特性的KDP族晶體是獲得高能深紫外激光的理想材料，但由于相位匹配限制，傳統(tǒng)方案KDP族晶體需工作在-70℃至-100℃的極低溫條件。

為克服這一弊端，研究人員提出了一種結(jié)合χ(2)光學(xué)頻率轉(zhuǎn)換和χ(3)受激拉曼散射的深紫外激光產(chǎn)生方案，并開(kāi)展了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。基于Nd:YAG激光器和KGW晶體受激拉曼散射效應(yīng)，研究人員在室溫附近DKDP晶體中獲得了200 nm波段深紫外激光輸出，該非低溫方案使得KDP族晶體大尺寸特性能夠得到充分利用，從而為更高能量深紫外激光的產(chǎn)生鋪平了道路。至此，研究團(tuán)隊(duì)基于在非線(xiàn)性光學(xué)領(lǐng)域的技術(shù)積累已系統(tǒng)完成了ns、ps高能量、高峰值功率與高重頻、高平均功率深紫外激光的高效產(chǎn)生，實(shí)現(xiàn)了從~1μm紅外波段至可見(jiàn)光、紫外及深紫外波段的覆蓋[Optics Letters47 (2022)、Optics Express30 (2022)、AIP Advances12 (2022)、CrystEngComm25 (2023)、Optics Letters 49 (2024)、Optics Letters 50 (2025)]，并進(jìn)一步延伸至真空紫外激光。研究團(tuán)隊(duì)正積極面向科學(xué)研究、大科學(xué)裝置、工業(yè)等領(lǐng)域開(kāi)展技術(shù)應(yīng)用推廣，為關(guān)鍵領(lǐng)域提供高技術(shù)優(yōu)勢(shì)、高品質(zhì)的深紫外光源。

圖2?基于DKDP晶體產(chǎn)生的深紫外激光

相關(guān)工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、上海市重大專(zhuān)項(xiàng)、上海市揚(yáng)帆計(jì)劃、中國(guó)科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)、中國(guó)科學(xué)院先導(dǎo)專(zhuān)項(xiàng)課題的支持。

審核編輯 黃宇