中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光物理联合实验室前沿部在基于KDP家族晶体产生深紫外激光方面取得研究进展。相关成果以“Noncritical phase-matching fourth- and fifth-harmonic generation of 1077 nm laser using KDP-family crystals”为题发表于Optics Letters。
深紫外激光因具有波长短、时空分辨率高等显著优势，在许多领域都有重要的应用，如精密加工，等离子体诊断，以及物理和化学过程的探测。目前最常用的获得深紫外激光器的方法之一是基于非线性光学技术，利用非线性晶体通过1微米波段激光的五次谐波产生获深紫外激光。由于光学材料在高强度激光条件下面临严重的激光损伤，因此单位面积上可获得的激光脉冲能量和功率有不可逾越的上限，尤其是在深紫外光谱区域。要产生高通量的激光辐射，使用大口径晶体几乎是唯一有效的方法。KDP家族晶体是目前唯一可以实现米级生长尺寸的晶体，但由于相位匹配的限制，KDP家族晶体五次谐波产生实验通常只能在低温下进行，它们的应用和输出能量的提升受到了极大的限制。
针对上述难题，通过理论计算不同波长下KDP家族晶体中四次和五次谐波产生所需的相位匹配温度，利用光参量放大产生1077 nm新频率激光，研究人员系统地实验演示了在ADP、KDP和DKDP晶体中非低温条件下可以实现1077 nm激光的非临界相位匹配四次和五次谐波产生。对于ADP和DKDP晶体，分别在74.0 ℃和132.5 ℃下实现了1077 nm激光的非临界相位匹配四次谐波产生。对于五次谐波产生，在KDP晶体中48.5 ℃下实现了非临界相位匹配。这一结果为在非低温条件下利用KDP家族晶体产生高能、高功率深紫外激光奠定了基础。
相关工作得到了国家自然科学基金、上海市扬帆计划、中科院青年创新促进会、中科院先导专项课题等项目的支持。
图1 实验装置示意图
图2 KDP晶体中1077 nm激光五次谐波产生特性
