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266nm激光光源在光刻技术、医疗、生物等领域都有重要的应用,目前产生紫外激光最有效的途径是通过非线性光学晶体倍频的方法产生紫外谐波光的输出。K2Al2B2O7(KABO)是一种性能优良的非线性光学晶体,克服了CLBO晶体严重易潮解和:BBO晶体光折变现象的缺点,可以实现Nd:YAG激光四倍频(266nm)谐波光输出。在空气气氛中生长的KABO晶体由于含有铁杂质,导致在紫外波段(200-300nm)存在严重的非本征光吸收,通过在无氧气氛中生长可以解决KABO晶体的紫外光吸收问题,但是大块高质量紫外无吸收KABO晶体仍未获得,其性能研究也未展开。本论文改进了KABO在特殊气氛下的晶体生长工艺,并对其性能展开了研究。
主要内容如下:
1.无氧气氛下KABO晶体的生长。采用无氧气氛,对晶体生长工艺进行了研究。用NaF做助熔剂,使用顶部籽晶法,首次生长出了大块透明无紫外光吸收的KABO晶体,切出了3×3×10mm3的四倍频光学器件。
2.无紫外吸收的KABO晶体线性与非线性光学性能研究。对KABO晶体的透过光谱、XRD、X射线摇摆曲线、光学均匀性、锥光干涉图、电子顺磁共振谱、折射率和光学四倍频等进行了测试。在脉宽25ps、重复频率为10Hz的脉冲相干光入射下,首次得到最大倍频转换效率(532nm→266nm)达33.4％(此时入射单脉冲能量为0.61mJ)。获得平均功率280mW的四倍频激光(266nm)输出。
3.KABO晶体中光散射颗粒形成原因和消除办法的研究。尝试通过改变晶体生长气氛、压强来消除散射颗粒,对晶体还采用了退火、淬火以及高温补氧等措施。对晶体进行化学腐蚀,采用扫描电镜、金相显微镜对晶体表面的形貌进行了观察。解释了散射颗粒形成的原因并提出了相应的解决办法。