BBO晶體，全稱“低溫相偏硼酸鋇(β-BaB2O4)”，是中國(guó)科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所(簡(jiǎn)稱物構(gòu)所)于1979年發(fā)明的一種性能極其優(yōu)異的紫外非線性晶體，被譽(yù)為中國(guó)人按照自己的科學(xué)思想創(chuàng)造出來的第一塊“中國(guó)牌”晶體。BBO晶體不僅具有優(yōu)異的非線性光學(xué)效應(yīng)，而且還有突出的電光效應(yīng)，因而具有極高的應(yīng)用價(jià)值。

BBO晶體的發(fā)明在國(guó)際上引起了巨大轟動(dòng)。原來，德國(guó)科學(xué)家曾發(fā)表研究結(jié)果，認(rèn)為BBO晶體是有對(duì)稱心的晶體。一般認(rèn)為，有對(duì)稱心的晶體是不可能具有倍頻效應(yīng)的。德國(guó)人一向以精細(xì)縝密而著稱于世，國(guó)際上還未曾有人對(duì)上述研究結(jié)果表示質(zhì)疑。為了徹底搞清BBO晶體的晶胞參數(shù)，確定BBO晶體的晶體結(jié)構(gòu)，物構(gòu)所相關(guān)研究人員經(jīng)過近一年廢寢忘食的研究，終于以翔實(shí)的數(shù)據(jù)和無懈可擊的實(shí)驗(yàn)證明了BBO晶體是無對(duì)稱心的晶體(該研究成果于1982年在《中國(guó)物理學(xué)報(bào)》上發(fā)表)。

美國(guó)非線性光學(xué)晶體材料科學(xué)界在比較了新中國(guó)發(fā)現(xiàn)BBO晶體的研究小組和美國(guó)的研究情況之后，一些權(quán)威專家曾為“非線性光學(xué)材料研究方面的大部分新思想不是發(fā)源于美國(guó)”而感到擔(dān)憂。事實(shí)上，BBO晶體優(yōu)異的光學(xué)特性表現(xiàn)在以下幾方面：

寬的相位匹配區(qū)間：409.6～3 500 nm；

寬的透光范圍：190～3 500 nm；

大的倍頻系數(shù)：約為KDP晶體的6倍；

高的激光損傷閾值：約10 GW/cm2(100 ps寬度，1 064 nm)；

高的光學(xué)均勻性：δn=10-6；

寬的溫度帶寬：約55 ℃。

由于以上特性，BBO晶體可用于Nd∶YAG晶體的二倍、三倍、四倍以及五倍頻，Ti∶Sapphire和Alexandrite激光的二倍、三倍和四倍頻，光學(xué)參量放大器(OPA)與光學(xué)參量振蕩器(OPO)，氬離子、紅寶石和Cu蒸汽激光器的倍頻，以及全固態(tài)可調(diào)激光、超快脈沖激光、深紫外激光等高精尖激光技術(shù)研發(fā)領(lǐng)域，是世界上公認(rèn)的優(yōu)秀的二階非線性光學(xué)晶體之一。

BBO晶體在深紫外和超快領(lǐng)域的應(yīng)用能夠變革性地推動(dòng)下一代超高精度加工的發(fā)展。1988年，物構(gòu)所成立了福建晶體技術(shù)開發(fā)公司(福建福晶科技股份有限公司前身，簡(jiǎn)稱福晶科技)，自此開啟了BBO晶體商業(yè)應(yīng)用的征途。三十多年來，福晶科技持續(xù)不斷地提升BBO晶體的內(nèi)在品質(zhì)，尤其是進(jìn)一步降低紫外波段的吸收，讓BBO晶體的發(fā)展之路越走越寬廣。如今，福晶科技已經(jīng)擁有近600臺(tái)BBO晶體生長(zhǎng)爐，生長(zhǎng)的單晶毛坯可達(dá)1.2 kg以上，并擁有強(qiáng)大的BBO晶體器件冷加工及鍍膜能力。BBO晶體作為福晶科技的拳頭產(chǎn)品之一，已成為世界上頂尖的超快和OPO激光公司的首選，全球市場(chǎng)占有率高達(dá)70%以上。

圖1 大尺寸BBO晶體及器件

圖2 BBO晶體器件

(福建福晶科技股份有限公司 陳偉 供稿)