李壮,李春霄,姚吉勇*,吴以成

(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 100049;3天津理工大学功能晶体研究院,天津 300384)

0 引言

红外非线性光学晶体可以通过对已有的激光光源进行频率下转换,将近红外光源转换到3 μm以上中远红外波段,极大拓宽激光在信息、医疗、能源、军事等领域的应用,是固体激光技术领域的重要基础材料[1]。传统黄铜矿类红外非线性光学晶体ZnGeP2和AgGaQ2(Q=S,Se)是国外20世纪70年代发现的,红外非线性光学晶体一度成为美国对我国“卡脖子”的禁运物资。虽然近年来高质量晶体生长和加工技术的进步极大地促进了黄铜矿类红外晶体的发展,但是这些晶体本征性能存在严重缺陷,主要体现在不能满足以下两方面的应用需求:(1)高效利用技术最成熟的商用1 μm光源(如1064 nm Nd:YAG激光)抽运输出红外激光。AgGaS2、AgGaSe2损伤阈值太低,ZnGeP2对1 μm光吸收严重。(2)激光输出范围能覆盖10 μm以上远红外波段。其他传统材料也存在各种缺陷,如GaSe晶体太软;CdSe和HgGa2S4晶体由于有相变,晶体生长非常困难;LiMQ2(M=Ga,In;Q=S,Se)系列晶体非线性光学系数偏小;CdSiP2晶体透光范围有限。而最近发展的OP-GaAs/GaP技术由于材料的窄带隙也无法实现1 μm光源抽运。因此研制高性能的新型红外非线性光学晶体,已成为国际产学研的竞争焦点,以满足各国战略需求[2]。

BaGa4Se7(BGSe)和BaGa2GeSe6(BGGSe)晶体是中国科研工作者自主研发的新型红外非线性光学晶体材料。BGSe晶体属于单斜Pc(第7号)空间群,其具有大的带隙(2.64 eV),宽的透光范围(0.47～18 μm),大的非线性效应(d11=24.3 pm/V,d13=20.4 pm/V),适中的双折射(Δn=0.06@2 μm)和高的激光损伤阈值。……