圖1 KDP家族晶體產生深紫外激光特性分析

近日，中國科學院上海光學精密機械研究所高功率激光物理聯合實驗室在高能量深紫外激光產生研究方面取得新進展，相關研究成果以Deep-UV laser source based on χ(2) optical frequency conversion and χ(3) stimulated Raman scattering為題發表于Optics Letters。

高能深紫外激光具有脈沖能量高、波長短的優勢，不僅能夠在材料中產生強烈的非線性展寬、多光子電離、光化學反應等豐富物理機制，也是高能密度物理中等離子體診斷的理想光源，因而，其在激光物理、工業制造、光譜學等眾多領域均顯現出了重要的應用。基于1μm波長激光的五次諧波是獲得200 nm深紫外激光的重要途徑之一。由于KBBF、BBO、CLBO等晶體難以獲得大尺寸，極大地限制了深紫外激光能量的提升。具有大尺寸生長特性的KDP族晶體是獲得高能深紫外激光的理想材料，但由于相位匹配限制，傳統方案KDP族晶體需工作在-70℃至-100℃的極低溫條件。

為克服這一弊端，研究人員提出了一種結合χ(2)光學頻率轉換和χ(3)受激拉曼散射的深紫外激光產生方案，并開展了實驗驗證。基于Nd:YAG激光器和KGW晶體受激拉曼散射效應，研究人員在室溫附近DKDP晶體中獲得了200 nm波段深紫外激光輸出，該非低溫方案使得KDP族晶體大尺寸特性能夠得到充分利用，從而為更高能量深紫外激光的產生鋪平了道路。至此，研究團隊基于在非線性光學領域的技術積累已系統完成了ns、ps高能量、高峰值功率與高重頻、高平均功率深紫外激光的高效產生，實現了從~1μm紅外波段至可見光、紫外及深紫外波段的覆蓋[Optics Letters47 (2022)、Optics Express30 (2022)、AIP Advances12 (2022)、CrystEngComm25 (2023)、Optics Letters 49 (2024)、Optics Letters 50 (2025)]，并進一步延伸至真空紫外激光。研究團隊正積極面向科學研究、大科學裝置、工業等領域開展技術應用推廣，為關鍵領域提供高技術優勢、高品質的深紫外光源。

圖2?基于DKDP晶體產生的深紫外激光

相關工作得到了國家自然科學基金、上海市重大專項、上海市揚帆計劃、中國科學院青年創新促進會、中國科學院先導專項課題的支持。

審核編輯 黃宇