[发明专利]包含方硼石晶体的非线性光学器件

说明书

本发明提供一种非线性光学器件，所述非线性光学器件包含方硼石晶体，其中，所述方硼石晶体经过周期性极化。所述非线性光学器件是将至少一束入射电磁辐射通过至少一块方硼石晶体后产生至少一束频率不同于入射电磁辐射的输出辐射的装置。所述入射电磁辐射的波长范围为0.155～4.0μm。方硼石晶体是一种具有铁电性和深紫外非线性的光电信息功能晶体，用方硼石晶体制造的非线性光学器件，通过准相位匹配技术(所述准相位匹配是采用周期性极化的方法，通过对方硼石晶体施加脉冲电压，实现铁电畴的周期性反转)，可以实现深紫外电磁辐射输出。

技术领域

本发明涉及一种非线性光学器件，特别是涉及一种包含方硼石(Mg₃B₇O₁₃Cl)晶体的非线性光学器件。

背景技术

随着现代激光技术的发展，直接利用激光晶体所能获得的激光波长有限，无法实现全波段的激光输出，从紫外到红外光谱区，尚有空白波段，特别是深紫外区域。非线性光学晶体因其特有的非线性效应，如倍频、和频、差频、参量放大等，能有效拓宽激光的波长范围。利用晶体的非线性效应可以制成二次谐波发生器、上下频率转换器、光参量振荡器等多种非线性光学器件。激光器产生的电磁辐射可通过非线性光学器件进行频率转换，从而获得更多有用波长的电磁辐射，拓宽激光器的应用范围。

目前，紫外-红外波段非线性光学晶体已实现了商业化，而深紫外非线性光学晶体的开发任务仍然十分艰巨。尽管已经发现了许多紫外吸收边200nm以下的新型非线性光学晶体，但由于其双折率不适中(Δn约为0.06-0.10)，相位不匹配，从而无法实现深紫外激光输出。目前，仅氟代硼铍酸钾晶体(简称为KBBF)能够直接通过二倍频实现200nm以下的深紫外电磁辐射输出。但是，由于KBBF的层状生长习性及层与层之间弱的作用力，难以得到可实用化的大尺寸晶体。同时，由于铍元素的毒性，对研究人员和环境都将带来负面影响，也不利于进行深入的开发研究。

因此，迫切需要开发环境友好的新型深紫外非线性光学晶体。优良的深紫外非线性光学晶体不仅需要具有短的紫外吸收边、适中的双折率，还需要具备大的非线性系数(0.39pm/V)。但是，从结构角度分析，晶体的紫外吸收边和非线性系数通常是矛盾的，通过结构设计、优化得到性能优异的深紫外非线性光学晶体极其困难。而采用准相位匹配技术实现深紫外电磁辐射输出，可以有效降低对晶体光学性能的要求。自准相位匹配原理首次报道以来，人们开发了很多制备准相位匹配晶体的方法，其中通过外电场进行周期性极化是最有效的方法，这就要求我们开发新型具有铁电性的深紫外非线性光学晶体，通过调控晶体的极化周期实现深紫外电磁辐射输出。

发明内容

为改善上述问题，本发明提供一种非线性光学器件，所述非线性光学器件包含方硼石晶体。

所述方硼石晶体的化学式为Mg₃B₇O₁₃Cl，所述晶体室温下为正交结构，空间群为Pca2₁，其晶胞参数为α＝β＝γ＝90°。

优选地，所述晶体具有基本上如图1a所示的X-射线晶体衍射图谱。

优选地，所述晶体具有基本上如图2a所示的电滞回线谱图和/或图2b所示的介电温谱。优选地，所述晶体的矫顽电场为41.5kV/cm，剩余极化强度为0.25μC/cm²。

优选地，所述晶体具有基本上如图3a所示的粉末倍频效应图谱和/或图3b所示的透过光谱。优选地，所述晶体的铁电-顺电相变温度(居里温度)为258℃。

根据本发明示例性的实施方案，所述光学器件的工作原理为：两束波长为λ₁和λ₂的入射电磁辐射，通过所述方硼石晶体，产生出射波长分别为λ₁、λ₂和λ₃的输出电磁辐射，经滤光片后得到所需波长为λ₃的出射电磁辐射，其中电磁辐射的波长满足关系：