“中國晶體珍寶”
——LBO晶體

“中國牌”晶體奠定了中國在非線性光學(xué)晶體材料領(lǐng)域的領(lǐng)先地位，也促進(jìn)了激光(尤其是固體激光)技術(shù)的迅猛發(fā)展。三硼酸鋰(LBO)是第二塊被譽(yù)為“中國牌”晶體的可見/紫外非線性光學(xué)晶體，由中國科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所陳創(chuàng)天和吳以成院士團(tuán)隊(duì)于20世紀(jì)80年代發(fā)明。該晶體以其優(yōu)異的綜合性能獲得國內(nèi)外的廣泛關(guān)注，被美國Lasers&Optronics雜志評為1989年度國際“十大激光高技術(shù)產(chǎn)品成就”之一。相關(guān)成果于1990年獲中國科學(xué)院科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)，1991年獲國家發(fā)明一等獎(jiǎng)。

對LBO晶體的研究可以追溯到20世紀(jì)60年代，囿于當(dāng)時(shí)非線性光學(xué)倍頻材料的缺乏，近紅外激光很難直接高效地倍頻到可見光及更短的紫外光波段。轉(zhuǎn)機(jī)出現(xiàn)在70年代，陳創(chuàng)天教授提出了非線性光學(xué)效應(yīng)的“陰離子基團(tuán)理論”，用以指導(dǎo)非線性光學(xué)晶體材料設(shè)計(jì)。于是，繼第一塊“中國牌”晶體BBO后，第二塊“中國牌”晶體橫空出世，其優(yōu)異的光學(xué)特性表現(xiàn)在以下幾方面：

(1)大的有效倍頻系數(shù)：約為3×KDP；

(2)寬的透光范圍：160～2 600 nm;

(3)高的激光損傷閾值：約 18.9 GW/cm2(1.3 ns，λ=1 053 nm);

(4)高的光學(xué)均勻性：δn≈10-6；

(5)寬的接收角和小的離散角；

(6)在寬的波段范圍內(nèi)可實(shí)現(xiàn)Ⅰ型和Ⅱ型非臨界相位匹配(NCPM)。

由于以上特性，LBO晶體可以高效地對Nd基激光系統(tǒng)進(jìn)行二倍頻、三倍頻輸出，還可用于光學(xué)參量啁啾脈沖放大，輸出高功率短脈沖激光。LBO是迄今為止實(shí)現(xiàn)高功率三倍頻輸出最好的非線性光學(xué)晶體。

LBO晶體是非同成分熔融化合物，在834 ℃左右會(huì)發(fā)生分解，因此只能采用助熔劑法進(jìn)行晶體的生長。LBO晶體從實(shí)驗(yàn)室培育到產(chǎn)業(yè)化發(fā)展凝聚了中國數(shù)代科技人員的心血。中材人工晶體研究院是國內(nèi)最早進(jìn)行LBO晶體生長研究的單位之一，在黃朝恩教授帶領(lǐng)下，其在LBO晶體生長尺寸方面取得了巨大突破，研究成果獲國家科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。福建晶體技術(shù)開發(fā)公司(福建福晶科技股份有限公司前身,簡稱“福晶科技”)自1988年成立以后便開啟了LBO晶體商業(yè)化征途，在LBO晶體的生長及加工方面不斷進(jìn)行研發(fā)投入，追求極致，以高品質(zhì)、優(yōu)服務(wù)牢牢占據(jù)著國際及國內(nèi)市場的主導(dǎo)地位，取得了數(shù)以億計(jì)的經(jīng)濟(jì)效益和良好的社會(huì)效益。21世紀(jì)初俄羅斯科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了鉬酸鹽助熔劑體系，相比原來的硼酸鹽體系黏度大大降低，使得生長大尺寸LBO晶體成為可能。2013年，中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所胡章貴教授團(tuán)隊(duì)生長出世界上最大尺寸、重量為4 798 g的LBO晶體，并保持LBO晶體器件尺寸的世界紀(jì)錄(139.0 mm×132.0 mm×11.5 mm)。

從20世紀(jì)80年代被發(fā)明至今，“中國牌”晶體LBO以其優(yōu)異的非線性光學(xué)性能，在可見/紫外頻率轉(zhuǎn)化領(lǐng)域大顯身手，為固體激光器的發(fā)展作出了巨大的貢獻(xiàn)。隨著下游激光應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展，LBO晶體也必將迎來全新的發(fā)展機(jī)遇。