上海光机所在高能量深紫外激光研究方面取得进展

近日，中科院上海光机所高功率激光物理联合实验室在高能量深紫外激光产生研究方面取得新进展，相关研究成果以Deep-UV laser source based on χ(2) optical frequency conversion and χ(3) stimulated Raman scattering为题发表于Optics Letters。

高能深紫外激光具有脉冲能量高、波长短的优势，不仅能够在材料中产生强烈的非线性展宽、多光子电离、光化学反应等丰富物理机制，也是高能密度物理中等离子体诊断的理想光源，因而，其在激光物理、工业制造、光谱学等众多领域均显现出了重要的应用。基于1μm波长激光的五次谐波是获得200 nm深紫外激光的重要途径之一。由于KBBF、BBO、CLBO等晶体难以获得大尺寸，极大地限制了深紫外激光能量的提升。具有大尺寸生长特性的KDP族晶体是获得高能深紫外激光的理想材料，但由于相位匹配限制，传统方案KDP族晶体需工作在-70℃至-100℃的极低温条件。

为克服这一弊端，研究人员提出了一种结合χ(2)光学频率转换和χ(3)受激拉曼散射的深紫外激光产生方案，并开展了实验验证。基于Nd:YAG激光器和KGW晶体受激拉曼散射效应，研究人员在室温附近DKDP晶体中获得了200 nm波段深紫外激光输出，该非低温方案使得KDP族晶体大尺寸特性能够得到充分利用，从而为更高能量深紫外激光的产生铺平了道路。至此，研究团队基于在非线性光学领域的技术积累已系统完成了ns、ps高能量、高峰值功率与高重频、高平均功率深紫外激光的高效产生，实现了从~1μm红外波段至可见光、紫外及深紫外波段的覆盖[Optics Letters47 (2022)、Optics Express30 (2022)、AIP Advances12 (2022)、CrystEngComm25 (2023)、Optics Letters 49 (2024)、Optics Letters 50 (2025)]，并进一步延伸至真空紫外激光。研究团队正积极面向科学研究、大科学装置、工业等领域开展技术应用推广，为关键领域提供高技术优势、高品质的深紫外光源。

图1.KDP家族晶体产生深紫外激光特性分析

图2.基于DKDP晶体产生的深紫外激光

相关工作得到了国家自然科学基金、上海市重大专项、上海市扬帆计划、中国科学院青年创新促进会、中国科学院先导专项课题的支持。

相关链接：https://doi.org/10.1364/OL.549985