GFB晶体器件中科院新疆理化所科研人员正在进行激光实验GFB晶体正在进行激光实验非线性光学晶体是激光技术发展的重要基础材料。中国科学院新疆理化技术研究所科研团队成功创制了一种全波段相位匹配的新型非线性光学晶体——四氟硼酸胍晶体（GFB），在GFB晶体中世界首次实现了晶体整个透过范围内的双折射相位匹配。这种晶体可常温制备，且成本更低，未来有望应用于晶圆检测、大科学装置等尖端领域。日前，相关成果在《自然-光子学》在线发表。光的反射、折射等线性光学性质在生活中十分常见，但比自然光强度高出千万倍以上的激光在遇到特定材料时，会表现出一系列非线性光学现象。“一束激光穿过非线性光学晶体，射出的光线会‘一分为二’，单束光线的波长变为二分之一，频率则提升至两倍。”中国科学院新疆理化所所长潘世烈说，激光器因自身特性，其输出的波长是固定值，但实际应用场景需要获取不同波长、不同能量的激光。非线性光学晶体的“变频”性能，在激光切割焊接、芯片加工等领域都有广泛应用。不过，常见的非线性光学材料也有缺点，晶体本身的色散会使变频后的两束激光速度产生细微差异，两束光无法“同频共振”，极大削弱了输出效率。波长短于200纳米的深紫外激光波长短、光子能量高，有着重要的应用价值。在深紫外光学晶体领域，我国长期处于世界领先，此前已研制出多款“中国牌”晶体。中国科学院新疆理化所致力于新型光电功能晶体材料的科研攻关，基于对该领域前沿进展的研究，以及非线性光学晶体双折射相位匹配现状的分析，科研团队提出了一种理想状态——在紫外截止边等于最短匹配波长的状态下，激光穿过晶体时可以实现“同频共振”，从而达到相位匹配波长损失为零。沿着这个思路，他们历时数年探索，成功创制出GFB晶体，实现了全波段双折射相位匹配。“此前世界范围内已有的非线性光学晶体，全都存在相位失配导致的波长损失。我们率先研制出全波段相位匹配晶体，并对这类晶体做了概念解读和机理阐明，这是一次‘从0到1’的突破。”论文第一作者、中国科学院新疆理化所晶体材料研究中心研究员米日丁·穆太力普说。除了基础性能优异，这款新晶体的制备也更加简便。“它能在常温水溶液中生长，加入原料的溶液加热到40摄氏度后再逐渐降温，晶体就能一点点析出。当然，这个过程中我们需要精确控制温度在饱和点附近，精度要达到百分之一摄氏度。”米日丁·穆太力普介绍，很多晶体的制备需要数百摄氏度的高温，或要使用昂贵的重水等原料，相比之下，GFB晶体的制备成本极低，便捷的生产条件也让大规模量产变为可能。“这项技术我们是从头开始摸索的，目前在实验室条件下，已经可以实现激光器所需的1厘米尺寸晶体量产。”未来，GFB晶体有望应用在信息、工业、科研等更广泛的领域。它可以提升显微镜的观测能力，助力纳米级观测和单分子水平的检测；在晶圆检测等领域，可以验证半导体晶圆器件质量是否达标；在大科学装置等国家重大工程中，也有望成为新一代可应用的晶体材料。