1 南昌航空大学江西省光电信息科学与技术重点实验室，江西 南昌 330063
2 南昌航空大学无损检测技术教育部重点实验室，江西 南昌 330063
3 中国空间技术研究院西安分院，陕西 西安 710000
4 中国科学技术大学精密机械与精密仪器系，安徽 合肥 230026
受激布里渊散射、受激拉曼散射和克尔效应等非线性光学效应一直以来得到广泛研究。回音壁模式光学微腔具有超高品质因子和极小模式体积，日益成为了非线性光学相关研究的重要平台之一。使用超精密加工技术制备了氟化钙晶体微腔，品质因子Q值达3.6×108。搭建了基于光学微腔的非线性光学的实验平台，在连续波泵浦的条件下激发了氟化钙晶体微腔中的受激布里渊散射、受激拉曼散射和克尔效应。实验中记录了级联布里渊、布里渊耦合四波混频、拉曼辅助克尔、超宽拉曼光频梳等丰富的非线性光学散射效应。结果表明超精密加工得到的氟化钙晶体微腔在非线性光学中有着优异的表现，是研究非线性光学的理想平台。
光学微腔 氟化钙晶体 非线性光学 受激布里渊散射 光频梳 光学学报
2023, 43(16): 1623021
1 南昌大学物理与材料学院，南昌 330031
2 中国科学院赣江创新研究院，江西 赣州 341001
3 中国科学院上海硅酸盐研究所，上海 201899
4 上海电力大学，上海 200090
CaF2晶体在光刻机中应用成为国内外研究的热点，而晶体中存在各种缺陷严重制约其实际性能。本文跟踪观察了CaF2晶体(111)晶面形成的腐蚀坑的形貌特征和空间延伸特性，并分析了各种腐蚀坑所对应的缺陷特性，是实现对晶体缺陷精确表征与控制的前提。研究表明：CaF2晶体(111)晶面的腐蚀坑具有三角锥形坑、锥形-平底坑、平底坑3 种类型。三角锥形坑与锥形-平底坑具有定向移动特性，这表明这类腐蚀坑所对应的缺陷与材料的位错相关，其中：三角锥形坑的坑尖又有3种不同的精细结构，因此所对应的位错至少有3种晶体学走向；而平底坑没有观测到具有空间延伸特性，是缺陷被完全腐蚀后留下的尸体残余，其所对应的缺陷可能是杂质、空位、小的位错环等。通过实时追踪腐蚀坑的演化过程，获得腐蚀坑形成过程的物理参数，建立蚀坑的运动学模型，这也为进一步研究晶体材料的腐蚀理论提供基础。
氟化钙晶体 (111)晶面 缺陷 位错 腐蚀坑 calcium fluoride crystal (111) surface defects dislocation etch pit
同济大学物理科学与工程学院，高等研究院，上海 200092
采用自主设计改造的温梯炉，成功生长了不同浓度Ho3+、Y3+掺杂的CaF2及SrxCa1-xF2晶体，晶体尺寸约为15 mm×55 mm，生长周期约为6 d，能够实现7种不同浓度晶体的同步生长，并选取其中的4%(原子数分数)Ho,4%Y∶CaF2晶体进行分析，吸收测试表明，该晶体448 nm和643 nm处吸收峰的吸收截面分别是1.13×10-20 cm2和0.84×10-20 cm2， J-O理论分析得到了晶场强度参数Ωt(t=2、4、6)、辐射跃迁几率、荧光分支比和辐射寿命。在448 nm氙灯激发下，经计算得到该晶体在546 nm、650 nm 和752 nm处的发射截面分别为10.450×10-21 cm2、8.737×10-21 cm2和5.965×10-21 cm2,测得5F4和5F5能级的寿命分别为33.5 μs和17.7 μs。在640 nm LD泵浦激发下，经计算得到该晶体2 031 nm处发射截面为5.375×10-21 cm2，2 847 nm处发射截面为10.356×10-21 cm2，测得5I7和5I6 能级的寿命分别为4.37 ms 和1.85 ms。以上结果表明，多孔坩埚温梯法能够大大提高激光晶体稀土离子掺杂浓度筛选的效率，加快新型激光晶体材料的研发速度。
氟化钙晶体 温度梯度法 晶体生长 多孔坩埚 激光晶体 光谱性能 calcium fluoride crystal temperature gradient technology crystal growth porous crucible laser crystal spectral property
1 秦皇岛本征晶体科技有限公司, 秦皇岛 066000
2 哈尔滨工业大学化工与化学学院, 哈尔滨 150006
氟化钙(CaF2)晶体是一种性能优良的光学晶体材料。本研究用坩埚下降法生长了8英寸(20.32 cm)氟化钙单晶, 晶体外观完整, 无开裂及散射等宏观缺陷。定向切割后得到40 mm×6 mm的透明圆柱形晶体毛坯, 对毛坯样品进行二次退火处理后进行研磨抛光得到最终样品。对该系列样品进行紫外可见透过率、光学均匀性、应力双折射等测试。结果显示在200 nm波长处晶体透过率达到90%, 平均应力双折射小于0.5 nm/cm, 光学均匀性达到2.63×10-6。
氟化钙晶体 坩埚下降法 晶体退火 透过率 光学均匀性 应力双折射 CaF2 crystal Bridgman method crystal annealing transmittance optical homogeneity stress birefringence
1 山东师范大学物理与电子科学学院光场调控及应用中心, 山东省光学与光子器件技术重点实验室, 山东 济南 250014
2 萨拉曼卡大学应用物理系激光微加工组, 西班牙 萨拉曼卡 37008
采用飞秒激光对氟化钙晶体表面进行加工。通过调控激光参数,采用静止聚焦和动态扫描两种方式在晶体表面加工出一系列微结构(烧蚀孔和烧蚀线)。分别对两种加工方式烧蚀后的氟化钙晶体表面微结构进行系统研究,包括参数依赖关系、材料表面烧蚀阈值等。计算结果表明:在静止聚焦情况下,累积因子为0.0033;在动态扫描情况下,当扫描方向与激光偏振方向垂直或平行时,累积因子分别为0.0043和0.0052。飞秒激光加工过程中的脉冲累积效应能够对晶体的烧蚀产生重要影响。
物理光学 飞秒激光烧蚀 微结构 累积效应 氟化钙晶体
1 西安电子科技大学 物理与光电工程学院, 西安 710071
2 中国科学院物理研究所 光物理重点实验室, 北京 100190
3 中国科学院上海硅酸盐研究所 透明光功能无机材料重点实验室,上海 201800
4 同济大学 物理科学与工程学院, 高等研究院, 上海 200092
对790 nm激光二极管泵浦Nd-La共掺和Nd-Sc共掺CaF2无序晶体激光器的特性进行了研究, 比较了掺杂不同浓度La3+和Sc3+的Nd∶CaF2晶体的吸收光谱和输出激光特性.在5 W泵浦功率下, 将0.5 at.% Nd3+与5 at.% La3+∶CaF2, 0.5 at.% Nd3+与3 at.% Sc3+∶CaF2掺杂, 分别获得1.10 W和0.64 W的连续激光输出, 斜效率分别为23.0%和12.8%, 阈值泵浦功率仅为10 mW.实验结果表明, Nd-La共掺和Nd-Sc共掺的CaF2晶体是一种可用于二极管泵浦且可获得高功率高效率激光输出的激光介质.
无序晶体 Nd-La共掺氟化钙晶体 Nd-Sc共掺氟化钙晶体 二极管泵浦 连续激光输出 Disordered crystals Nd La-codoped CaF2 Nd Sc-codoped CaF2 Diode pump CW laser
1 中国科学院,长春光学精密机械与物理研究所,吉林,长春,130031
2 中国科学院,研究生院,北京,100039
3 长春职业技术学院,吉林,长春,130031
采用独特设计的多孔体坩埚和自行设计的晶体生长炉,在真空条件下,用Bridgman-Stockbarger法生长出了CaF2光学晶体.在真空度低于3×10-3Pa,生长区中心轴温度梯度为1.8～2.5℃/mm,径向梯度＜0.5℃/mm,生长速率为3～4 mm/h,初退火降温速率控制在20℃/h以下的生长条件下,进行熔料、氟化去氧、均一化熔体、控速生长及初退火,一炉次生长了七根57 mm×190 mm的CaF2光学晶体,并进行了性能分析.结果表明,生长出的晶体透带宽,从紫外190 nm到红外9 000 nm均有良好的透过率,190 nm处透过率可达81%,9 000 nm处透过率可达83%,单晶率可达80%,位错密度达30/mm2.使用本文提出的设备和工艺,提高了CaF2晶体的单晶率,降低了使用损耗,可实现中小尺寸CaF2晶体的规模化生产.
多孔体坩埚 氟化钙晶体 Bridgman-Stockbarger法 光学 精密工程
2007, 15(10): 1474
中国科学院上海光学精密机械研究所,上海,201800
简述了氟化钙(CaF2)晶体的发展历史,总结其光学特性,介绍了氟化钙晶体的生长新工艺技术和发展.综述了氟化钙晶体在现代信息技术中的应用,特别对氟化钙晶体在紫外波段激光或光刻系统中的应用和发展状况作了重点说明,同时进一步指出了目前存在的问题,最后对氟化钙晶体的发展前景作了展望.
氟化钙晶体 晶体生长 紫外光刻 综述
