山东大学晶体材料国家重点实验室，山东 济南 250100
以磷酸二氢钾（KDP）/磷酸二氘钾（DKDP）、三硼酸锂（LBO）、硼酸氧钙钇（YCOB）和硅酸镓镧族铌酸镓镧（LGN）为代表的非线性光学晶体已经在紫外到中红外的系列激光技术中获得了重要应用，长期受到国内外同行的广泛关注，其品质的提升和口径的扩大成为了当前国际竞争的焦点。着眼于强激光的重要需求，综述了KDP/DKDP、LBO、YCOB和LGN等重要非线性光学晶体的研究现状，介绍了其在大尺寸单晶生长及非线性光学性能等方面的研究进展，分析其在强激光非线性光学领域的应用前景。最后讨论了强激光用非线性光学晶体可能的发展方向和重点。
非线性光学 非线性光学晶体 晶体生长 频率转换 光参量啁啾脉冲放大 激光与光电子学进展
2024, 61(1): 0116004
1 北京科技大学 物理系，北京 100083
2 山东大学 晶体材料研究院 晶体材料国家重点实验室，济南 250100
由于金属杂质离子对晶体损伤性质有不容忽视的影响，受实验条件限制，Fe及其团簇缺陷对晶体的影响机制尚不明确。采用第一性原理的方法，对磷酸二氢钾（KDP）和磷酸二氢铵（ADP）晶体中的Fe及其团簇缺陷进行模拟研究，确定其对晶体结构及光学性质方面的影响。研究发现，Fe进入KDP和ADP晶体中主要以取代P原子形成FeO4基团最稳定，且其稳定形式以Fe3+为主。磁性状态研究发现磁性条件对晶体的结构和能量影响不大，Fe对晶体的损伤主要通过引起200～300 nm范围明显的光学吸收影响损伤阈值。Fe进入晶体中形成团簇缺陷可通过电荷补偿与O空位（VO）复合，几乎不会与OH空位（VOH）复合，团簇缺陷以Fe对晶体结构和性质的影响为主。
KDP晶体 ADP晶体 缺陷 激光损伤 第一性原理 KDP crystal ADP crystal defect laser damage first-principles 强激光与粒子束
2023, 35(6): 061003
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of Crystal Materials, Shandong University, Jinan 250100, China
2 Key Laboratory of Functional Crystal Materials and Device (Shandong University), Ministry of Education, Jinan 250100, China
For the first time, a group-VI single element nanomaterial was used as the optical saturable absorber (SA) to generate laser pulses. With two-dimensional (2D) tellurene as a passive Q-switch, 1.06 μm and 1.3 μm pulse laser operations were realized from a diode-pumped Nd:YAG crystal. The shortest pulse widths were 98 ns and 178 ns, and the highest peak powers were 2.68 W and 2.45 W, respectively. Our research determines that tellurene is an excellent SA material in the near-infrared region.
tellurene nanosheets absorber graphene passive Q-switching Chinese Optics Letters
2020, 18(4): 041403
山东大学 晶体材料国家重点实验室, 山东 济南 250100
磷酸二氢钾(KDP)晶体是一种经典的电光材料, 是目前唯一可用于惯性约束核聚变的非线性光学材料。鉴于籽晶和生长方法对KDP晶体的生长和质量具有重要的影响, 本文采用传统法生长法和点籽晶快速生长法生长KDP晶体, 通过改变籽晶的种类及切向, 不仅减少了晶体的恢复区, 同时缩短了晶体的生长周期, 生长出高透明度的单晶。对晶体的透过、结晶完整性及损伤等性能进行测试, 结果表明, 晶体在红外和可见光波段具有较高的透过率; 晶体(001)面的衍射强度较强, 峰形比较尖锐; 相比于1-on-1方式, R-on-1处理使KDP的损伤阈值提高了1.7~2.1倍, 晶体的抗损伤均匀性很高。生长的晶体具有优良的光学性能, 籽晶对晶体的生长具有重要的影响。
KDP晶体 生长方式 籽晶 光学性能 损伤阈值 KDP crystal growth method seeds optical performance laser damage threshold
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of Crystal Materials, Shandong University, Jinan 250100, China
2 Key Laboratory of Functional Crystal Materials and Device (Shandong University), Ministry of Education, Jinan 250100, China
With tin diselenide (SnSe2) film as a saturable absorber (SA), the passively Q-switched self-frequency doubling (SFD) lasers were realized in Nd3+:ReCa4O(BO3)3 (Re = Y, Gd) crystals. For Nd:YCa4O(BO3)3 crystal, the maximum average output power at 532 nm was 19.6 mW, and the corresponding pulse repetition frequency, pulse duration, single pulse energy, and peak power were 17.6 kHz, 91.9 ns, 1.1 μJ, and 12.1 W, respectively. For Nd:GdCa4O(BO3)3 crystal, these values were 14.5 mW, 22.1 kHz, 48.7 ns, 0.66 μJ, and 13.5 W.
140.3580 Lasers, solid-state 140.3540 Lasers, Q-switched 160.4236 Nanomaterials 160.4330 Nonlinear optical materials Chinese Optics Letters
2019, 17(6): 061402
Author Affiliations
Abstract
1 Key Laboratory of Advanced Laser Materials and Devices, School of Physics and Electronic Engineering, Jiangsu Normal University, Xuzhou 221116, China
2 State Key Laboratory of Crystal Materials and Institute of Crystal Materials, Shandong University, Jinan 250100, China
3 Key Laboratory of Transparent and Opto-Functional Inorganic Materials, Shanghai Institute of Ceramics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China
Owing to the small differences between the cross-sections of the four emission peaks around 1.3 μm, an efficient four-wavelength synchronous launched laser is demonstrated using a Nd:GdLuAG crystal. The laser has no special resonator design. The maximum output power is 4.28 W, which corresponds to a conversion efficiency of 45.6%. For the Q-switching, the laser operated in dual-wavelength mode, and the single pulse energy is maintained at ～80 μJ. By calculating the population inversion density, multi-wavelength emission characteristics in both continuous wave and Q-switching lasers are discussed.
140.3380 Laser materials 140.3540 Lasers, Q-switched 300.2530 Fluorescence, laser-induced Chinese Optics Letters
2015, 13(2): 021404
1 山东大学 晶体材料研究所， 济南 250100
2 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心， 四川 绵阳 621900
3 山东农业大学 信息科学与工程学院， 山东 泰安 271018
详细比较了磷酸二氢钾(KDP)晶体的自发拉曼散射和受激拉曼散射光谱，在受激拉曼散射(SRS)中观察到了自发拉曼散射中最强的振动模的三阶Stokes 光(559.43, 589.74, 623.50 nm)，由于其他振动模的受激拉曼散射增益系数较小，其SRS光谱未观察到。另外，比较了传统生长的未退火和退火后的KDP晶体及快速生长的锥区和柱区KDP晶体的受激拉曼散射增益系数，结果表明生长方法和热退火对KDP晶体的受激拉曼散射增益系数无明显影响。
KDP晶体 自发拉曼散射 受激拉曼散射 增益系数 potassium dihychogen phosphate crystal spontaneous Raman scattering stimulated Raman scattering gain coefficient 强激光与粒子束
2014, 26(9): 092008
1 山东大学 晶体材料研究所, 济南 250100
2 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
3 山东农业大学 信息科学与工程学院, 山东 泰安 271018
利用群理论详细分析了磷酸二氢钾(KDP)晶体的拉曼振动模式, 得出了其拉曼振动模的归类。并采用拉曼光谱仪测量了Z切退火KDP晶体X(ZZ), Z(XY)和Y(XY)X三种散射配置和未退火KDP晶体Z(XY)配置下的拉曼光谱。根据拉曼选择定则得出X(ZZ), Z(XY)和Y(XY)X散射配置下的拉曼峰分别对应A1, B2(LO), B2(TO)对称类振动模, 但在Z(XY)配置下的拉曼光谱中除了B2模, 还观察到了A1模, 而在Y(XY)X配置下的拉曼光谱中只有B2模, 且退火和未退火晶体Z(XY)配置下的拉曼光谱无明显差别, 此结果表明KDP晶体的对称性降低, 在背向散射时A1模也具有角度特性, 但与晶体的内应力无关, 这是由KDP晶体内部结构决定的。
KDP晶体 振动模 拉曼散射 选择定则 角度特性 KDP crystal vibration modes Raman scattering selection rules angular dependence 强激光与粒子束
2014, 26(2): 022014
山东大学 晶体材料国家重点实验室，山东 济南 250100
以四方晶系SrWO4晶体为例，研究其非主轴偏振配置的受激拉曼散射特性。用532 nm皮秒脉冲激光作为泵浦源，以单次通过的方式研究了a切SrWO4晶体的受激拉曼散射增益随泵浦光偏振方向的变化，由此确定出拉曼增益的各向异性。针对由 ［WO4］2- 四面体对称伸缩引起的924 cm-1的最强频移的实验显示: 当入射光沿a轴和c轴偏振时，拉曼增益系数出现两个极大值，增益分别为10.1 cm/GW和14.2 cm/GW; 当入射光沿a，c轴中分线方向偏振时，拉曼增益系数出现两个极小值，为7.1 cm/GW。结合拉曼张量及非极性晶格振动模拉曼散射强度解释了上述物理现象，证明了实验结果与理论相符。
钨酸锶晶体 受激拉曼散射 增益系数 各向异性 SrWO4 crystal stimulated Raman scattering gain coefficient anisotropy
1 山东大学 晶体材料国家重点实验室, 济南 250100
2 成都精密光学工程研究中心, 成都 610041
用点籽晶快速生长法在不同温度区间生长了四块氘含量60% DKDP晶体,观察了不同温度下晶体生长过程,同时测量了晶体的透过光谱、摇摆曲线和1053 nm激光损伤阈值。结果表明,在高温区间晶体生长外形优于低温生长的晶体。不同温区晶体的透过光谱并无明显变化,但是随着生长温度的降低,晶体的结构完整性变差,1053 nm激光损伤阈值降低。
DKDP晶体 温度 摇摆曲线 激光损伤阈值 DKDP crystal temperature rocking curve laser induced damage threshold 强激光与粒子束
2014, 26(1): 012006
