[发明专利]一种去除紫外吸收的含铝光学晶体的生长方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光学晶体的生长方法，特别涉及一种去除紫外吸收的含铝光学晶体的生长方法，该方法可以去除由于晶体中的过渡金属杂质离子产生的紫外非本征吸收。

背景技术

近年来全固态紫外激光器得到了飞速发展，紫外光源在军事、医疗、光刻技术上有广泛应用，如何获得高功率的紫外输出一直是人们研究的重点。许多优秀的非线性光学晶体，如K₂Al₂B₂O₇[1]，BaAl₂B₂O₇[2]，BaAlBO₃F₂[3]，YAl₃(BO₃)₄[4]，YbAl₃(BO₃)₄[5]等，可通过激光倍频和和频的方法实现紫外谐波光输出，产生Nd:YAG四倍频(266nm)、五倍频(213nm)或者更短的谐波光输出。然而，通过测量这类晶体的透过光谱或粉末的反射光谱发现，这类化合物在200-300nm之间均存在不同程度的光学吸收，下面以K₂Al₂B₂O₇为例进行说明。

在非线性光学晶体材料中，化学式为K₂Al₂B₂O₇(简称KABO)的非线性光学晶体，具有优秀的非线性光学性质，它属于空间群P321，倍频系数d₁₁＝0.45pm/V，透过光谱范围在3600-180nm之间，可实现Nd:YAG激光四倍频(266nm)，其最短倍频波输出波长为225.5nm，而且此晶体还可通过和频方法实现193nm谐波光输出。此晶体使用于Nd-基激光的四倍频谐波光的输出器件中，与BBO(β-BaB₂O₄)和CLBO(CsLiB₆O₁₀)晶体相比较，它的优势在于：BBO在266nm和193nm波段受到光折变效应的影响，CLBO在室温下容易潮解，而KABO晶体恰无上述两个缺点。同时此晶体易于生长，并具有良好的机械加工性能。因此有望取代BBO、CLBO在四倍频266nm及和频193nm中的应用。但是，KABO存在的最大问题是在200-300nm波段产生非本征吸收，严重影响了四倍频谐波光输出功率。如文献[6]中介绍的，当KABO晶体长度超过4.5mm，在200-300nm波段就有超过85％的输出光波能量被晶体吸收。根据公式e^-αl＝T，其中l为晶体的厚度，α为晶体的吸收系数。扣除两个表面的光反射约10％(在266nm波段)的损耗，计算出此晶体在266nm波段吸收系数为2.7cm^-1(后面计算的吸收系数都是按照这个公式，都指的是266nm波段的吸收系数)。由于KABO晶体紫外吸收比较严重，从而使此晶体不能获得Nd-基激光四倍频的有效功率输出，限制了它的应用。图1示出了多块KABO晶体的紫外透过图谱(归一至d＝1mm)，透过率大小参差不齐，吸收系数随不同晶体有很大的变化。然而到目前为止，引起吸收的原因还不清楚，也没有找到合适的去除吸收的方法。

另外两种晶体，BaAlBO₃F₂的紫外截止波长位于165nm，YAl₃(BO₃)₄的紫外截止波长也位于160nm，但是在200～300nm区域都出现了非本征吸收，透过光谱与KABO晶体的光谱类似，也限制了它们作为紫外非线性光学晶体的应用。图2示出了BaAlBO₃F₂晶体的紫外透过光谱。

发明内容

本发明的目的在于寻找晶体产生紫外非本征吸收的原因，提供一种去除紫外吸收的含铝光学晶体的生长方法。