1 中国科学院新疆理化技术研究所晶体材料研究中心，新疆 乌鲁木齐 830011
2 中国科学院半导体研究所中国科学院半导体材料科学重点实验室，北京 100083
利用非线性光学晶体实现激光频率转换是拓展激光波长的有效手段之一，非线性光学晶体也成为全固态激光系统中的核心器件。硼酸盐由于其丰富的结构多样性和优异的光学性能，已成为开发可用于紫外激光输出的非线性光学晶体的重要体系。K3B6O10Br晶体具有短的紫外截止边（182 nm）、较大的非线性光学系数（d22为0.83 pm/V）、适中的双折射率（0.046@1064 nm），在激光二倍频、三倍频激光输出领域具有潜在应用。本文简要介绍了K3B6O10Br晶体生长及基本性能，对晶体倍频与和频实现可见/紫外激光及光参量啁啾脉冲放大方面的研究进展进行了总结，并对K3B6O10Br晶体未来发展及应用前景进行了简要分析。
非线性光学晶体 紫外激光 K3B6O10Br 激光频率转换 激光与光电子学进展
2024, 61(3): 0316002
中国科学院新疆理化技术研究所晶体材料研究中心新疆功能晶体材料重点实验室，新疆 乌鲁木齐 830011
深紫外非线性光学晶体通过非线性光学效应改变激光频率，输出波长短于200 nm的深紫外激光，是全固态深紫外激光源的核心材料，在深紫外激光光刻、半导体芯片缺陷检测、高端科研装备等领域有重要的应用价值。近年来，新型深紫外非线性光学晶体材料的研究取得了系列进展，涌现出若干具有应用前景的候选材料。本文着重介绍基于实验测得的折射率，相位匹配波长达到深紫外区的晶体材料，综述其在材料设计、晶体制备、基本性能和结构-性能关系等方面的研究进展，探讨了实用化深紫外非线性光学晶体材料的发展趋势。
深紫外非线性光学晶体 材料设计 晶体制备 结构-性能关系 激光与光电子学进展
2024, 61(1): 0116003
山东大学晶体材料国家重点实验室，山东 济南 250100
以磷酸二氢钾（KDP）/磷酸二氘钾（DKDP）、三硼酸锂（LBO）、硼酸氧钙钇（YCOB）和硅酸镓镧族铌酸镓镧（LGN）为代表的非线性光学晶体已经在紫外到中红外的系列激光技术中获得了重要应用，长期受到国内外同行的广泛关注，其品质的提升和口径的扩大成为了当前国际竞争的焦点。着眼于强激光的重要需求，综述了KDP/DKDP、LBO、YCOB和LGN等重要非线性光学晶体的研究现状，介绍了其在大尺寸单晶生长及非线性光学性能等方面的研究进展，分析其在强激光非线性光学领域的应用前景。最后讨论了强激光用非线性光学晶体可能的发展方向和重点。
非线性光学 非线性光学晶体 晶体生长 频率转换 光参量啁啾脉冲放大 激光与光电子学进展
2024, 61(1): 0116004
1 中材人工晶体研究院有限公司，北京100018
2 北京中材人工晶体研究院有限公司，北京100018
CsLiB6O10(简称CLBO)是一种性能优良的紫外非线性光学晶体，特别适用于四倍频(266 nm)和五倍频(210 nm)的紫外大功率激光。本文采用顶部籽晶法成功生长出尺寸为120 mm×112 mm×62 mm的CLBO晶体，晶体外观完整，无开裂、散射等宏观缺陷。由该晶体切出五倍频CLBO晶体元件，对其进行了紫外可见近红外透过率、光学均匀性、弱吸收性能表征，结果显示，210～1 800 nm的平均透过率超过90%，光学均匀性为3.8×10-5，1 064 nm弱吸收为90×10-6 cm-1，表明该晶体紫外区透过率良好，光学均匀性高，弱吸收低，为后续相关激光应用研究奠定了基础。
非线性光学晶体 顶部籽晶法 透过率 光学均匀性 弱吸收 CsLiB6O10 CsLiB6O10 nonlinear optical crystal top seeded solution growth method transmittance optical uniformity weak absorption
黄朝恩先生是中国人工晶体研究领域的先行者，在非线性晶体、闪烁晶体的研发与生产方面取得丰硕成果，在国际上最早建立“有限元”晶体生长模型用于控制和改善晶体生长。此次访谈中，先生回顾了个人求学经历和在斯坦福大学的出国访问学习经历，以及步入人工晶体行业开展非线性光学晶体领域相关研究，分享了“以科研促生产，以生产推科研，将科技成果转化为生产力”的非线性、闪烁晶体从研发到成果转化创新经验，结合实际经验重点分析了国际交流合作对推进科学研究的重要性。他提出研发的材料器件一定要对社会有用的目标导向，研发过程中要重视对青年科技工作者的培养，强调建立市场与研发互相促进机制对推动科技领域发展的重要性及适应科技进步与发展的必然性，还对投入我国晶体事业的青年人提出诚恳建议并寄予厚望。
晶体人生 人工晶体 非线性光学晶体 成果转化 目标导向
1 1.福建工程学院 电子电气与物理学院, 福州 350108
2 2.中国科学院 福建物质结构研究所, 光电材料化学与物理重点实验室, 福州 350002
作为实现全固态激光器频率转换功能的关键材料, 紫外非线性光学晶体发挥着不可替代的作用。设计兼具大的非线性光学系数、合适的双折射和宽带隙的紫外非线性光学晶体仍然是该领域亟待攻克的一个难题。由于具有宽的带隙, 硫酸盐已成为紫外非线性光学晶体领域的一个重要研究方向。SO4四面体基团具有接近非极性的Td对称性, 使其极化率各向异性和二阶极化率较小, 因而对晶体的非线性系数和双折射贡献很小。通常引入畸变程度高的阳离子多面体可以增加晶体的非线性效应和双折射。本工作将易于形成畸变多面体的Hg2+离子引入到硫酸盐体系中, 采用高温熔体法合成出新型非线性光学晶体材料Rb3Hg2(SO4)3Cl。该晶体属于单斜晶系, 空间群为P21, 晶胞参数为a=0.78653(2) nm, b=0.97901(2) nm, c=1.00104(3) nm, β=110.95(3), Z=2。其晶体结构由[SO4]四面体、[HgO5]和[HgO4Cl]多面体以角共享的方式连接形成空间网状结构, 而Rb+填充在孔洞中。Rb3Hg2(SO4)3Cl晶体的粉末倍频效应为1.5倍KDP, 且能够在可见光区实现相位匹配。紫外漫反射光谱测试表明, 紫外截止边为251 nm, 对应光学带隙为4.94 eV。利用偏光显微镜确定该晶体在546.1 nm处的双折射为0.04。此外, 第一性原理计算表明, 晶体的非线性系数主要来源于扭曲的[HgO5]、[HgO4Cl]和[SO4]多面体。上述结果表明, Rb3Hg2(SO4)3Cl是具有潜在应用前景的紫外非线性光学晶体材料。
紫外 汞基硫酸盐 非线性光学晶体 晶体结构 ultraviolet Hg-based sulfate nonlinear optical crystal crystal structure
1 河北工业大学理学院，天津 300401
2 河北工业大学先进激光技术研究中心，天津 300401
3 河北省先进激光技术与装备重点实验室，天津 300401
量子阻抗Lorentz振子（QILO）是基于Bohr-Sommerfeld理论和量子力学选择定则对Lorentz振子量子化所新近建立的模型。根据该模型，分别对Li2SnTeO6、CsClO3和Na2Nb4O11 三种光学晶体二次谐波特性进行了分析与数值模拟，尝试提出了一种估算晶体二阶非线性光学系数的方法。首先，根据晶体线性吸收光谱的峰值频率和半峰全宽，利用QILO模型计算了晶体的原子跃迁前后的有效量子数，然后根据QILO的二阶非线性效应参数的计算公式推算了晶体二阶电极化率，由此得到上述三种晶体在波长532 nm的倍频系数分别为0.17 pm/V、0.69 pm/V和1.17 pm/V，且与第一性原理的数值吻合较好。结果表明，基于QILO模型的二阶电极化率，有助于分析和提高材料的和频、差频以及倍频的效率，且方法简单、计算耗时少、运算效率高。
非线性光学 Lorentz振子 量子阻抗 非线性光学晶体 二阶电极化率 倍频系数 激光与光电子学进展
2023, 60(21): 2119001
1 中国科学院理化技术研究所人工晶体研究发展中心，北京 100190
2 中国科学院大学未来技术学院，北京 100049
3 山东大学晶体材料国家重点实验室&晶体材料研究院，济南 250100
4 南京航天航空大学航天学院，南京 211106
采用顶部籽晶溶液生长法成功生长出尺寸为42 mm×20 mm×18 mm的高光学质量的紫外非线性光学晶体K3B6O10Br(KBB)。根据其结构对称性要求，将KBB晶体定向加工成不同的器件切型，系统表征其光电性能。对KBB晶体电弹常数进行了系统的表征，受微观结构影响，压电常数各向异性较大，最大的压电常数d33=6.69 pC/N。KBB晶体具有良好的激光频率变换、电光及压电性能，在光电子领域显示出潜在的应用前景。
紫外非线性光学晶体 顶部籽晶溶液生长法 晶体生长 电光系数 压电性能 ultraviolet nonlinear optical crystal K3B6O10Br K3B6O10Br top-seeded solution growth method crystal growth electro-optical coefficient piezoelectric property
1 中国科学院福建物质结构研究所，结构化学国家重点实验室，福州 350002
2 中国福建光电信息科学与技术创新实验室(闽都创新实验室)，福州 350108
二阶非线性光学晶体材料通过倍频效应转换激光频率，并且调制激光的振幅和位相，在现代制造、激光医疗、光通信，以及基础科学研究领域都有重要用途。本文简要介绍了近年来在部分响应泛函方法的基础上发展起来的非线性光学原子响应理论。该理论使人们能够在第一性原理计算的基础上定量评估单个组成原子及轨道对非线性光学晶体材料倍频效应的贡献。在此基础上，本团队还发展了一套普适的以物理性能为标准的基团划分方案，为确定倍频效应的功能基元提供了概念基础。本工作对该理论方法的最新进展及其带来的一些新观点，如导带的作用、原子负贡献、静态偶极矩的作用、非共价基团的压倒性贡献、线性规律等进行解释和阐述，并给出了在新材料设计中的应用实例。
原子响应理论 非线性光学晶体 第一性原理 非共价相互作用 基团划分 部分响应泛函 atom response theory nonlinear optical crystal first-principle non-covalent interaction group division partial response functional
1 中国科学院理化技术研究所, 北京 100190
2 中国科学院大学, 北京 100039
稀土硼酸盐非线性光学(NLO)材料由于其在激光技术领域的重要应用而备受关注, 这主要是因为三价稀土离子如Y3+、Sc3+、Lu3+等可以有效抑制d-d和f-f电子跃迁从而扩宽化合物的透过范围, 同时稀土原子与氧原子结合成畸变的多面体可增强材料的非线性光学效应。A7MIIRE2(B5O10)3系列(RE为稀土金属, A为碱金属、M为二价金属)化合物是稀土硼酸盐中一类重要的材料, 其A、M以及RE位点具备灵活的占据方式, 近年来得到了广泛关注。通过化学元素取代法, 研究者们对该类化合物的种类进行拓展, 目前已经合成出数十种属于该体系的化合物。这些化合物的截止边大多处在紫外甚至是波长小于200 nm的深紫外波段, 非线性光学效应为0.4~2.1倍KDP, 在紫外以及深紫外波段非线性光学领域中展现出了应用潜力。本文对其研究现状进行了总结, 分析了其微观结构与光学性能之间的关系, 并指出不同位点组分对材料非线性光学性能的影响, 以期对此类化合物今后的发展提供参考。
稀土硼酸盐 紫外/深紫外非线性光学晶体 光学性能 rare earth borate A7MIIRE2(B5O10)3 A7MIIRE2(B5O10)3 UV/deep-UV nonlinear optical crystal optical property 人工晶体学报
2022, 51(9-10): 1598
