我国科学家成功研制ABF晶体 在真空紫外激光领域刷新三项世界纪录

问题——高端激光应用呼唤更短波长、更高效率的“核心材料”。

激光被视为现代科技的重要基础工具,广泛服务于先进制造、材料科学、生命科学与基础物理等领域。

随着半导体加工、微纳制造、极端条件探测等需求增长,短波长激光的重要性持续提升。

一般而言,波长短于200纳米的真空紫外波段具有光子能量高、光束质量好的特点,但要稳定获得这一波段的全固态激光输出,关键在于能否找到并制备出性能匹配的非线性光学晶体,实现高效波长转换。

长期以来,能够在真空紫外实现高性能直接倍频输出的晶体材料稀缺,成为制约相关装备升级的瓶颈之一。

原因——关键科学参数难以兼顾,材料设计与工艺链条门槛高。

科研团队介绍,真空紫外非线性光学晶体的研制涉及多项“硬约束”:既要具备足够大的带隙以避免材料吸收,又要有较高倍频系数保证转换效率,同时还需合适的双折射以满足相位匹配条件。

上述指标往往相互牵制,难以在同一材料体系中同时达成。

此外,从理论设计到化合物合成、晶体生长、器件加工,再到激光系统验证,需要长期稳定的技术积累与工程化能力。

一旦任一环节薄弱,就可能导致晶体难以长大、难以加工或性能无法兑现。

此次ABF晶体的研制,体现了我国在材料原创设计、晶体生长与器件化集成方面的系统能力提升。

影响——刷新纪录意味着能力边界扩展,也意味着产业与科研的“可用工具”增多。

据介绍,ABF晶体实现了真空紫外激光直接倍频输出的新突破:在特定条件下,直接倍频输出波长最短达到158.9纳米;在纳秒脉冲条件下,177.3纳米直接倍频输出能量达到4.8毫焦;转换效率最高达7.9%,三项指标均实现新纪录。

更短波长与更高能量的获得,意味着在微纳加工、精密光刻、表面改性与高分辨光谱探测等领域,有望获得更强的加工能力和测量灵敏度。

对基础研究而言,真空紫外光源可用于探索物质在高能光子作用下的反应与动力学过程,为原子分子物理、凝聚态研究和极端紫外相关实验提供更可靠的光学平台。

更重要的是,关键晶体材料的自主可控,将增强我国在高端激光器件与系统装备领域的供应链韧性,减少受制于人的风险。

对策——以“材料—器件—系统—应用”协同推进,提升可制造性与可应用性。

业内普遍认为,高性能材料突破只是第一步,真正形成战略能力还需将成果推向稳定制造和规模化应用。

一方面,应围绕晶体生长、加工抛光、镀膜与封装等环节持续攻关,提升晶体的一致性与可靠性,降低器件化门槛;另一方面,需要加强与激光整机企业、精密制造企业及科研平台的协同验证,形成面向应用场景的指标体系和测试标准,推动“实验室性能”转化为“工程可用”。

同时,应重视人才梯队与交叉平台建设,强化材料科学、光学工程、精密加工与装备制造的协同创新,构建从基础研究到产业落地的闭环。

前景——真空紫外光源能力有望持续提升,带动相关领域升级。

科研团队表示,随着晶体生长与加工工艺进一步优化,ABF晶体性能仍有提升空间。

面向未来,真空紫外波段高性能晶体若能实现稳定供给,将促进全固态短波长激光器的性能迭代,进一步拓展在高端制造、计量测试、科学实验等领域的应用边界。

与此同时,围绕关键材料的自主创新路径也将继续验证:通过原始创新突破核心科学问题,以系统工程能力打通“从材料到装备”的转化链条,才能在新一轮科技竞争中掌握主动权。

从跟跑到领跑,中国科学家在非线性光学晶体领域的持续突破,彰显了自主创新的强大生命力。

ABF晶体的成功研制不仅是一项技术成就,更是我国科技自立自强的生动写照。

在全球科技竞争日趋激烈的今天,唯有坚持原创、久久为功,方能在关键核心技术上掌握主动权,为高质量发展注入强劲动能。