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标题: 深紫外全固态激光(DUV-DPL)技术 [打印本页]

作者: jiguangdiaokeji 时间: 2009-1-16 17:15
标题: 深紫外全固态激光(DUV-DPL)技术
以下内容为许祖彦院士在我协会主办的2008中国光电产业发展论坛上的报告，图略。感谢作者！
一． DUV－DPL技术  电动轿车配件激光刻章机无缝管钨绞丝聊城网络公司激光雕刻机

当前，深紫外（DUV）科研装备主要使用同步辐射和气体放电等非相干光源，同步辐射虽有波段宽（1－1000eV）的优势，但能量分辨率（谱分辨率）低（1～5meV量级），光子流通量不大（1010～1012光子/秒），聚焦光斑大（～30.5mm2），因此光子流密度低（1012～1014光子/秒.cm2）；气体放电光源能量分辨率不高（1.2meV），光子流通量小（～1012光子/秒），聚焦光斑大（～2mm），因而光子流密度很低（＜1014光子/秒cm2），这些性能已不能满足DUV仪器发展的需求。开发DUV激光源就成了激光技术的重要发展方向，虽然，多年来已研究出几种，如：准分子激光、气体高次谐波、四波混频和自由电子激光等。但这些相干光源对于科研装备配套使用的基本要求¬——实用化和精密化，尚有一定距离。如：准分子激光虽有平均功率高(W～kW)的优点，但光束质量差、波段范围窄(nm)，调谐困难，不能研究超快过程，且多含有毒气体，寿命有限，横向放电激光稳定性差等；气体高次谐波和四波混频虽波长短，但仅能产生少数波长且效率很低，实用化困难；自由电子激光器是一种比较理想的激光器，波段/调谐很宽（X光到远红外），可输出大功率（如kW以上），但目前技术尚不成熟，且体积大，造价高。
DPL具有体积小、寿命长、效率高等优点，并且易实现实用化、精密化，如光束质量好，可实现宽调谐、窄谱线，低重频至高重频、连续波、纳秒/皮秒/飞秒脉冲等多样化运转，稳定性好，易实现模块化，是新一代的激光光源。近十余年来，可见/近红外波段DPL技术已比较成熟，正在向高功率/超高功率（100W～100kW）和高光束质量（近衍射极限）方向发展，而DUV－DPL技术尚处在待开拓状态。以受激发射原理为基础的固体激光器，由于激活离子能级结构的限制难以直接产生深紫外激光，而利用以高功率近红外DPL为基频光源的非线性谐波技术，通过多级变频产生DUV相干辐射，被视为发展DUV－DPL的重要途径。长期以来国内外科学家作了巨大努力，仍没有发现DUV波段可实用化的非线性光学晶体，致使DUV－DPL技术很不成熟，DUV激光应用仪器的发展也受到很大限制，因此200nm波长被称为“深紫外壁垒”[1]。
根据公式P µ(1 /λ)3，受激发射波长（λ）越短，要求激发速率（P）越高，因此通过多级非线性光学变频过程实现DUV－DPL更方便，而与SFG法相比，SHG法更实用化/精密化[2]。KBBF晶体透光波段的短波截止波长是155nm，并且可在200nm以下的深紫外波段实现相位匹配，是目前直接倍频匹配波长最短的晶体。通过图1可以看到，KBBF是目前唯一能用SHG法发展DUV－DPL的晶体。

图1 KBBF晶体与其他非线性光学晶体SHG最短波长对比

图2  KBBF晶体结构示意图
1968年前苏联科学家合成了一种化合物KBBF（KBe2BO3F2），90年代初中科院陈创天研究组生长出单晶并确定了晶体结构，测量了光学性能，在此基础上，陈创天和许祖彦在香港科大实验发现了该晶体直接倍频产生深紫外特性[3]。KBBF成为至今唯一一种能直接倍频产生深紫外的非线性光学晶体（见图1）。KBBF晶体除具有谐波波长短的优势外，还具有不潮解，损伤阈值高，接收角大等优点。KBBF晶体为六边形的薄片（如图2所示），具有层状生长习性，厚度仅为mm量级，一般小于2mm，无法按相位匹配方向切割，限制了它在紫外、深紫外方面的应用，无法发挥其深紫外优势。为此，我们发明了三种相位匹配耦合方法[4-7]，已获中、美、日专利授权，解决了它的紫外、深紫外匹配问题。

图3 棱镜耦合方法示意图
目前，棱镜耦合专利（见图3）已实施成功（PCT），在KBBF晶体表面采用光胶技术与耦合棱镜键合，通过选择合适的棱镜材料、合适的棱镜角度（θPM），就可以使基频光由棱镜入射，在KBBF晶体内达到相位匹配角，实现相位匹配。使基频光波长低于470nm时也能入射进KBBF晶体实现相位匹配（图4）。

图4 采用棱镜耦合方式和直接入射方式KBBF的倍频波段比较
我们使用PCT技术进行了Nd离子激光6次谐波[8]和宽调谐Ti：S激光四次谐波产生实验[9]，其原理如图7和图8所示。实验获得的m级深紫外激光与同步辐射光源以及深紫外放电光源性能的比较。在能量分辨率，光子流通量/光子流密度，运转方式、可调谐性和探测深度等综合性能指标上，DUV－DPL具有明显的优势，属跨越式发展。电动轿车配件激光刻章机无缝管钨绞丝聊城网络公司激光雕刻机
图7  Nd 离子激光6次谐波产生原理示意图

图8 宽调谐Ti：S激光四次谐波产生示意图

作者: a5317a 时间: 2009-1-16 20:39
别人的报告可以随便发么？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？

作者: 再也不能这样 时间: 2009-1-19 11:45
没插广告，已经有进步了。。。。。看看还是不错的。还是要感谢一下jiguangdiaokeji。

作者: jiguangdiaokeji 时间: 2009-1-20 15:39
3# 再也不能这样
呵呵，你是不是专门盯着我的帖子，看我加没加广告啊 (*^__^*) ……

作者: 再也不能这样 时间: 2009-1-21 10:20
本帖最后由再也不能这样于 2009-1-21 11:59 编辑

3# 再也不能这样
呵呵，你是不是专门盯着我的帖子，看我加没加广告啊 (*^__^*) ……
jiguangdiaokeji 发表于 2009-1-20 15:39

看着看着，突然碰到一个广告，好像磕到屎。
帖子不用盯，头像可以盯盯。

作者: bluelight 时间: 2009-7-1 15:35
LZ，是否可以把报告发来看一下，原文，谢谢！

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