新型非线性光学晶体

陈创天(ChuangtianChen)BeijingCenterforCrystalR&D,TechnicalInstituteofPhysicsandChemistry,ChineseAcademyofSciencesRecentAdvancesandapplicationsofNLOCrystals国家自然科学基金委员会数理学部实验物理讲习班（一）非线性光学晶体的主要应用领域(1)红外光谱区（900nm～10µm）目标：产生3～8µm连续可调光源方法：使用I.R.NLO晶体，通过光参量（或差频）下转换。2.1µm→2.7µm～8.0µm2.93µm→3.8µm～12.4µm用途：测量分子的振动谱测量大气污染（CO,CO2,NOx，CnH2n+2……）军事国家自然科学基金委员会数理学部实验物理讲习班主要晶体：ZGP（ZnGeP2）问题：光损伤阈值过低60MW/cm2Newcrystals:LiInS2,LiInSe20.4μm-12μm;d15=(7.94±20%)pm/v,d24=(5.73±20%)pm/vThermalconductivityis5timeslargerthanthoseofAGSandAGSeDamagethreshold~100mw/cm2LiGaS2,LiGaSe2andLiGaTe2国家自然科学基金委员会数理学部实验物理讲习班(b)远红外光谱区（～100µm,THz）方法：使用I.R.NLO晶体(GaSe,GaP)，通过差频下转换。用途:(1)Identificationofchemicalsandexplosives(2)DetectionofDNAandCancer(3)Imagingofdrugs…国家自然科学基金委员会数理学部实验物理讲习班(2)可见光谱区（700nm～400nm）目标：产生瓦级(W)RGB光源100mWRGB光源方法:(1)Nd:YVO4的3条发射谱（1342nm,1064nm,946nm）的倍频671nm(R),532nm(G),473nm(B)(2)532nm泵光参量，再倍频630nm(R),532nm(G),460nm(B)LBO:4×4×50mm国家自然科学基金委员会数理学部实验物理讲习班国家自然科学基金委员会数理学部实验物理讲习班BulkLBO国家自然科学基金委员会数理学部实验物理讲习班LBOOPO晶体器件国家自然科学基金委员会数理学部实验物理讲习班•10瓦级全固态准连续红光红光激光器（DPL-SR01型）660nm21.7W(4×4×50mm3)连续红光红光激光器660nm11.3W(4×4×50mm3)•大功率端泵全固态准连续绿光绿光激光器（DPL-EG04型）532nm200.0W(4×4×50mm3)高光束质量M2x＝1.34、M2y＝1.49•大功率准连续蓝光激光器（DPL-SB01型）440nm7.6W(4×4×50mm3)连续蓝光激光器440nm3.0W(4×4×50mm3)国家自然科学基金委员会数理学部实验物理讲习班晶体：瓦级：LBO(3×3×20mm)100mW:Nd:YAG+KTP用途：大型激光显示,激光影院（瓦级）小型激光显示,家庭影院（100mW）国家自然科学基金委员会数理学部实验物理讲习班蓝光激光器绿光激光器红光激光器透镜透镜透镜屏国内首次国内首次实现实现6060吋吋激光家庭影院原理演示激光家庭影院原理演示国家自然科学基金委员会数理学部实验物理讲习班激光投影与显示已成为关键的核心技术。利用红、绿、蓝三色激光器做成的超小型集成显示，以及在此基础上开发出便携式投影与显示技术，将成为下一代高分辨率、高清晰度、可携带，甚至装在口袋里的数字显示设备。国家自然科学基金委员会数理学部实验物理讲习班(3)近紫外光谱区（400nm～200nm）目标：获得30W;10W;(CW或QCW)355nm;266nm;212nm光源方法：Nd:YAG(Nd:YVO4)激光（1064nm）3,4,5倍频晶体3倍频LBO-15W（可能CBO-17W）4倍频CLBO-4-6W(20W)5倍频CLBO-(5.6W)用途：激光印刷、激光照片冲洗实现革命性变化：无需暗房，不需要冲洗…..光刻技术国家自然科学基金委员会数理学部实验物理讲习班CBO:65x44x49mm3国家自然科学基金委员会数理学部实验物理讲习班CBOBulkCrystal国家自然科学基金委员会数理学部实验物理讲习班CBOdeviceforTHG(355nm)国家自然科学基金委员会数理学部实验物理讲习班02040608010012014002468101214161820355nmOutputPower(W)Inout1064&532nmPower(W)THGinCBOCrystalCrystalLength:16.17mm17.7w→国家自然科学基金委员会数理学部实验物理讲习班(4)深紫外、真空紫外光谱区(λ＜200nm)目标：获得100mW193nm;10mW177.3nm1≈mW165nm(8.0ev)平均功率输mW级200nm～170.0nm连续可调相干光输出用途：光刻技术：193nm(linewidth65nm)光盘写入：266nm;193nm激光微机械加工，特别是光纤加工(飞秒)对光电子能谱、光化学合成的研究将起到革命性的变化国家自然科学基金委员会数理学部实验物理讲习班国家自然科学基金委员会数理学部实验物理讲习班DevelopmentofPhotolithographyRecentStatus：OpticalsourceforlithographyArFexcimerLaser:193nm20WOpticalsourceforInspection：193nm5mWΔλ~0.1pmTi:sapphire(772nm)+LBO(2HG)+BBO(3HG)+BBO(4HG)→193nmTi:sapphire+LBO(2HG)+KBBF(4HG)→193nm国家自然科学基金委员会数理学部实验物理讲习班Fs,193nmpulse–nanosurgerytoolPower:5-10mwPulseduration:50-100fsFocusedlaserbeamdiameter:≈100nmEfficiencyabsorbedbytissueandprotein:≈100%powerof193nmThelaserpermitssurgerywithincells国家自然科学基金委员会数理学部实验物理讲习班ThephotoemissionspectrometerusingVUVlaserPhotonenergy:hν=6.994evHigh-energyresolution:360μev(Δλ=0.01Å)Application:tomeasuretheelectronicstructures,especiallythestructuresneartheEFofhightemperaturesuperconductorsPotentialapplication:thetunablephotoemissionspectrometer国家自然科学基金委员会数理学部实验物理讲习班国家自然科学基金委员会数理学部实验物理讲习班LinearandnonlinearopticalpropertiesofKBBFandSBBOfamilyCrystalPonitgroupTransparentRange(nm)dij(pm/V)Δn(1064-532nm)ShortestSHGWavelength(nm)KBBFD3155-3660d11=0.490.077170.0SBBOD3h175-3780d22=?TBOD3h200-3780d22=?BABOD3≈180-3780d11=0.75≈0.05KABOD3180-3780d11=0.480.074225♣SBBO:Sr2Be2B2O7;BABO:BaAl2B2O7…国家自然科学基金委员会数理学部实验物理讲习班BasicDataofKBBF(KBe2BO3F2)CrystalSpacegroup:R32Unitcell:a=b=4.427(4)Åc=18.744(9)Åz=3Density:2.41g/cm3Decompositiontemperature:(820±3)°CMeltpoint:≈1030°CNootherphaseatfromroomtemperatureto820°CChem-PhysicalProperties:NohygroscopicitylayerhabitGoodmechanicalpropertyHardness:≈BBOGrowthmethod:topseedwithfluxSizeofKBBFcrystal:Year2004:10×10×2.5mm3Year2006:10×10×3.5mm3国家自然科学基金委员会数理学部实验物理讲习班KBBFhasnowtwogrowthmethods(1)Fluxmethod:10x10x3.5mm3(2)Newmethod:15x10x5.5mm3国家自然科学基金委员会数理学部实验物理讲习班KBBFstructure国家自然科学基金委员会数理学部实验物理讲习班国家自然科学基金委员会数理学部实验物理讲习班cm国家自然科学基金委员会数理学部实验物理讲习班cm国家自然科学基金委员会数理学部实验物理讲习班国家自然科学基金委员会数理学部实验物理讲习班cmKBBFKBBF-Glassprism国家自然科学基金委员会数理学部实验物理讲习班SellmeierEquationsofKBBFCrystal22221.171310.010220.00733onλλλ⋅=+−⋅−0.00.40.81.21.62.01.351.401.451.501.551.601.65nomeasurednemeasuredKBBFcrystalrefractiveindexWavelength(μm)22220.931610.001690.00675enλλλ⋅=+−⋅−国家自然科学基金委员会数理学部实验物理讲习班330340350360370380390400410420505560657075KBBFCrystalexperimentaldataSHGPMAngleFundamentalWavelength(nm)oldrelation国家自然科学基金委员会数理学部实验物理讲习班200400600800100012001400203040506070SHGPMAngleFundamentalWavelength(nm)expeimentaldataKBBFCrystaloldrelation国家自然科学基金委员会数理学部实验物理讲习班Phase-matchingangles(fromI.R.regiontovisibleregion)λωλ2ωExp.（°）Cal.（°）Error（°）140070019.319.060.24130065019.319.050.25120060019.619.270.33134267118.619.03-0.43106453220.220.110.099504752121.41-0.419004502222.21-0.2185042523.123.18-0.0877038525.125.16-0.0668034027.628.24-0.6460030032.132.070.03589294.532.532.71-0.2155027534.935.25-0.35国家自然科学基金委员会数理学部实验物理讲习班(fromvisibleregiontoUVregion)Phase-matchinganglesλωλ2ωExp.（°）Cal.（°）Error（°）53226636.236.6-0.450025039.639.340.2648024041.741.330.374602304443