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探索硼酸盐非线性光学晶体的艰难历程

2013-03-08 16:13
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  基本理由是:首先B—O键由于B,O原子间电负性差值大,因此,多数硼酸盐化合物晶体能透过紫外光,而在当时,绝大多数非线性光学晶体都不能使用于紫外波段。因此,在紫外光谱区,取得发现新晶体的突破相对比较容易;其次,在硼酸盐化合物中,除KB5O8·4H2O外,对非线性光学晶体而言,完全是一个新的系列,而KB5O8·4H2O晶体由于其倍频系数只有KDP晶体的1/10,从而没有实用价值,也没有引起激光科学技术界的重视。因此,假如他们能够在硼酸盐系列化合物中,发现新的非线性光学晶体,可能性是很大的。而且在紫外光谱区,缺乏竞争对手,从而较易被大家接受,增加实用的可能;最后,由于B,O化合物既包含(BO3)平面结构,也有(BO4)四配位结构,因此具有结构多型性,这就为非线性光学晶体材料探索提供了多种选择的可能性。

  于是从1979年5月开始,他们研究组就集中力量在硼酸盐系列中探索新的非线性光学晶体,很快就发现低温相偏硼酸钡(βBaB2O4,简称BBO)是一个非常有希望的新型非线性光学晶体的候选者。然而生长出大块BBO单晶体,整整花了三年时间,终于在1983年,由江爱栋领导的晶体生长组生长出厘米级BBO晶体。在此基础上,经过系统的光学性能测试,特别是BBO晶体倍频系数的测定,表明此晶体的倍频系数是KDP晶体的4倍,能实现Nd∶YAG激光的2,3,4,5次倍频,从而确立了此晶体具有很大的应用潜力。此结果首次发表在1984年中国科学B辑,并在1984年3月,通过了中国科学院院级成果鉴定。鉴定意见指出,低温相偏硼酸钡(βBaB2O4)是中国科学院福建物质结构研究所第一次找到并培养成功的具有实用价值的新型非线性光学晶体材料。此项研究工作达到国际先进水平。BBO晶体由此开始在国内外实现广泛的应用。

  4 中国科学家走向国际的艰难历程

  1984年在BBO晶体通过中国科学院院级鉴定后,为了促使BBO晶体在中国开花,也在中国结果,决定在两年内,暂不开展同国外的合作,让中国科学家有优先使用的权利,然而执行的结果很不理想。在此期间,除了中国科学院上海光学精密机械研究所林福成教授使用BBO晶体,在国际上第一次实现了Cu蒸汽激光(510.6nm,578.2nm)的倍频光(255.3nm,289.1nm)输出,但效率仅为0.7%,从而并未引起国内外很大的注意。由于当时国内激光科学和技术的水平还比较低,因此,并没有其他研究单位提出使用BBO晶体的要求。这说明BBO晶体的优越性并没有被国内科学家们所接受。然而,BBO晶体的优越性能却被国外科学家所注意。

  1983年9月在中国广州,召开了第一次在中国举行的国际激光会议。陈创天在会上做了一个有关BBO晶体的报告,引起了斯坦福大学应用物理系一位副教授的注意,他认为这一新型非线性光学晶体的性能非常优越,值得注意。回去后,他向同事们介绍了这一情况,特别引起了当时很著名的激光器专家R.Byer教授的注意,于是他和当时在美国的著名华裔科学家沈元壤、汤仲良教授一起,共同推荐陈创天在1984年于LosAngeles,Anaheim召开的CLEO′84/IQEC′84会议上做一个邀请报告,当时确定的题目是:HighefficiencyandwidebandsecondharmonicgenerationpropertiesofanewcrystalβBaB2O4”。此报告引起了参会科学家的很大兴趣,台湾在美国出版的英文版“联合日报”还专门作了报道。

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