深紫外非线性光学晶体通过非线性光学效应改变激光频率，输出波长短于200 nm的深紫外激光，是全固态深紫外激光源的核心材料，在深紫外激光光刻、半导体芯片缺陷检测、高端科研装备等领域有重要的应用价值。近年来，新型深紫外非线性光学晶体材料的研究取得了系列进展，涌现出若干具有应用前景的候选材料。本文着重介绍基于实验测得的折射率，相位匹配波长达到深紫外区的晶体材料，综述其在材料设计、晶体制备、基本性能和结构-性能关系等方面的研究进展，探讨了实用化深紫外非线性光学晶体材料的发展趋势。

采用顶部籽晶溶液生长法成功生长出尺寸为42 mm×20 mm×18 mm的高光学质量的紫外非线性光学晶体K3B6O10Br(KBB)。根据其结构对称性要求，将KBB晶体定向加工成不同的器件切型，系统表征其光电性能。对KBB晶体电弹常数进行了系统的表征，受微观结构影响，压电常数各向异性较大，最大的压电常数d33=6.69 pC/N。KBB晶体具有良好的激光频率变换、电光及压电性能，在光电子领域显示出潜在的应用前景。

稀土硼酸盐非线性光学(NLO)材料由于其在激光技术领域的重要应用而备受关注, 这主要是因为三价稀土离子如Y3+、Sc3+、Lu3+等可以有效抑制d-d和f-f电子跃迁从而扩宽化合物的透过范围, 同时稀土原子与氧原子结合成畸变的多面体可增强材料的非线性光学效应。A7MIIRE2(B5O10)3系列(RE为稀土金属, A为碱金属、M为二价金属)化合物是稀土硼酸盐中一类重要的材料, 其A、M以及RE位点具备灵活的占据方式, 近年来得到了广泛关注。通过化学元素取代法, 研究者们对该类化合物的种类进行拓展, 目前已经合成出数十种属于该体系的化合物。这些化合物的截止边大多处在紫外甚至是波长小于200 nm的深紫外波段, 非线性光学效应为0.4~2.1倍KDP, 在紫外以及深紫外波段非线性光学领域中展现出了应用潜力。本文对其研究现状进行了总结, 分析了其微观结构与光学性能之间的关系, 并指出不同位点组分对材料非线性光学性能的影响, 以期对此类化合物今后的发展提供参考。

深紫外 (DUV) 全固态相干光源 (λ<200 nm) 在前沿科学、高技术等领域有着重要应用。将商业化的高功率可见/近红外全固态激光通过非线性光学晶体进行多级变频是实现该光源的有效途径。从双折射和色散两个方面阐述了满足深紫外非线性光学晶体的基本条件, 介绍了深紫外非线性光学晶体的探索和实用化所需克服的技术困难; 重点以氟硼铍酸钾 (KBBF) 和氟硼铍酸铷 (RBBF) 晶体为代表, 介绍其发现过程、晶体生长技术、棱镜耦合器件技术、光学性质以及深紫外波段倍频能力; 还详细介绍了相关的深紫外全固态激光的研究进展, 以及该光源在先进科学仪器上的应用, 尤其是在超高分辨率光电子能谱仪方面的应用和取得的重要成果。最后展望了深紫外非线性光学晶体及深紫外全固态激光技术的发展方向。

分析了氟硼铍酸钾(KBe2BO3F2，KBBF)晶体的倍频特性，结合基波光光栅耦合和KBBF晶体内全反射特性设计了新型KBBF晶体光栅耦合器。介绍了KBBF晶体光栅耦合器设计原理。在KBBF晶体表面制作光栅结构，使其衍射级次满足匹配角进而产生倍频光；结合在KBBF晶体内的全反射传输，增大光程，获得高的倍频转化效率。通过计算晶体匹配角、走离角、倍频系数等参数，获得合适的光栅匹配类型。优化设计匹配光栅参数，获得了槽型参数及较高的衍射效率； 基于光栅衍射效率与倍频转化率的关系获得了KBBF晶体光栅耦合器的倍频转化率计算公式，并给出它们的适用范围。最后， 基于5.2 mm×5.2 mm×1 mm KBBF晶体研制了晶体光栅耦合器，该光栅耦合器能够实现深紫外波段倍频光的输出，总倍频转化效率达到了16.86%

采用Z扫描和泵浦-探测技术研究了GaN薄膜在370 nm时的非线性光学效应和非线性光动力学过程。 首先, 基于GaN薄膜的透射光谱, 结合线性光学理论分析得到了其在370 nm的线性折射率n0、 线性吸收系数α0、 光学带隙Eg等线性光学性质。 采用飞秒激光Z扫描技术, 得到了不同光强激发下的Z扫描实验响应结果, 结合非线性光学理论提取出GaN薄膜可变的光学非线性吸收效应。 在激发光子能量接近GaN带隙情况下, 低光强时材料表现为饱和吸收而高光强时为反饱和吸收, 这是因为低光强下单光子吸收占主导而高光强下以单光子感应自由载流子吸收为主。 闭孔Z扫描测量得到了GaN薄膜的三阶非线性折射系数为n2=－(1.0±0.1)×10-3 cm2·GW-1, 它几乎比传统非线性介质的高出一个数量级。 为了探究上述非线性过程的动力学弛豫时间以及进一步探究GaN薄膜非线性光动力学过程的深层物理机制, 采用了交叉偏振飞秒退相泵浦探测技术观察GaN薄膜的光激发载流子动力学弛豫过程。 实验结果表明, 在低光强下, 饱和吸收效应来源于瞬态单光子吸收, 高光强下单光子感应自由载流子吸收为非瞬态光动力学过程, 其自由载流子弛豫时间约为17 ps。 该工作将为GaN薄膜在紫外非线性纳米器件应用以及GaN薄膜非线性过程的机制分析理解提供新的思路。