我国成功研制新型真空紫外激光晶体 波长纪录刷新至158.9纳米

问题:真空紫外光源是高端光学体系的重要基础能力,先进制造、物质结构探测、精密光刻与前沿科学实验中具有不可替代的工具属性。实现稳定、可工程化的全固态真空紫外激光输出,核心瓶颈长期集中在非线性光学晶体:既要在真空紫外波段具备高透过率,又要拥有足够强的非线性响应以支撑高效倍频,还要具备合适的双折射实现相位匹配,同时还必须能长出高质量、大尺寸晶体并完成器件化加工。多指标“同向满足”的难度,使得200纳米以下波段的实用固态光源长期受限,对应的材料成为全球竞争焦点。 原因:从材料物理规律看,真空紫外波段对应高光子能量,材料需要更大的带隙才能避免吸收损耗,但带隙增大往往会削弱非线性效应;另一上,实现短波长倍频还需足够的双折射以满足相位匹配,而提升双折射又可能引入结构不稳定、加工困难等问题。加之晶体生长过程中对缺陷、应力、成分均匀性极为敏感,稍有偏差就会导致散射增大、损伤阈值下降,难以从“实验可行”迈向“工程可用”。正是这些相互掣肘的因素,构成了真空紫外非线性晶体研发的行业痛点。 影响:此次突破为上述难题提供了新的解题思路。中国科学院新疆理化技术研究所潘世烈团队通过长期攻关,成功研制出新型氟化硼酸铵(ABF)晶体,并在大尺寸生长与器件加工上取得进展,培育出厘米级高光学质量单晶。更为关键的是,团队实现158.9纳米波长的直接倍频真空紫外激光输出,将双折射相位匹配体系的可达波长继续推向短波端,刷新同类技术最短波长纪录。该成果发表于国际学术期刊《自然》,显示我国在真空紫外光学晶体“从材料到器件”的链条式创新能力进一步增强。对以全固态方案构建真空紫外光源来说,新晶体材料的出现意味着系统可向更紧凑、更高效率、更高稳定性方向演进,有望降低复杂度与体积功耗,提升长期运行可靠性。 对策:面向应用落地,需要在材料体系创新的基础上进一步做强工程化支撑。一是完善晶体生长工艺窗口与质量评价体系,围绕缺陷控制、批次一致性、尺度放大等环节形成可复制的流程标准,提升从实验室到产业化的转化效率。二是推进器件加工与封装集成,围绕光学损伤阈值、表面质量、涂层与环境适配等关键指标开展系统验证,形成面向装备的可靠性数据。三是加强与下游装备研制的协同,针对精密制造与科研装置对光束质量、重复频率、长期稳定度的不同需求,开展整机级优化和场景化测试,推动关键材料与整机性能的“共同设计”。四是以国家重大需求为牵引,发挥科研机构、企业与用户单位的联合攻关机制,加快形成可持续迭代的技术体系与供应链能力。 前景:随着科学研究与制造业向更高分辨率、更小尺度、更高精度迈进,短波长光源的重要性将持续提升。真空紫外固态光源一旦在效率、寿命与成本上取得系统性突破,将在精密加工、材料表征、量子与凝聚态研究等方向打开更广阔空间。ABF晶体实现158.9纳米直接倍频输出,不仅提供了新的材料选项,也为探索更短波段、更高功率、更高重复频率的全固态真空紫外激光器奠定基础。可以预见,围绕真空紫外关键材料的持续创新,将成为提升我国高端光学与精密装备自主可控水平的重要抓手之一。

从KBBF晶体到ABF晶体,我国科学家在非线性光学领域的持续创新,不仅展现了基础研究的深厚积累,更展示了科技自立自强的决心;该成果再次证明,唯有坚持原创性、引领性攻关,才能在全球科技竞争中占据制高点,为高质量发展提供坚实支撑。