1、弁言

紫外激光器在高密度光盘、机械加工、物质外貌改性、超微细加工、金属探伤等工业领域，紫外线造影、细胞剖析、微型手术刀等医学领域，作为紫外光源的科研领域具有普遍的应用远景。可是，固体激光波长都事情在近红外区，直接发生更短波长的激 光很是难题，接纳非线性频率变换获得紫外激光是很是有用的要领。现在的研究主要集中于BBO和CLBO晶体上，由于BBO晶体的紫外吸收较多，温度和角度的允许规模也较。庋杂诟吖β蔔d: YAG 的4ci，5ci谐波发生的相位匹配条件就相秠uan冉涎峡帷1995年日本Yusuke  Mori 等首ci报道了一种新型非线性晶体——硼酸铯锂(CLBO), 具有较大的非线性系数，离散角。凵涫手，温度带宽和吸收角规模都很宽，抗损伤阈值高，特殊是可以生长大尺寸单晶，而且生长周期短等优点，很是适合 Nd:YAG 激光的高ci谐波、紫外和频以及紫外一连 可调谐光学参量振荡器(OPO)。

日本OSAKA 大学Y.KYap等报道了Nd:YAG 激光器高ci谐波，使用新型的非线性晶体 CLBO, 在重复频率10 Hz,脉宽7ns. 基波输入2800mJ时， 获得600 mJ 的4ci谐波输出，320mJ 5ci谐波输出，由基波向5ci谐波的转换效率大于10%?3另外 ，CLBO晶体也被乐成地应用在高重复频率 (10kHz)全固态激光系统上，获得的266nm的输 出功率已经大于20 WH。K.Kato等使用Nd:YAG的5ci谐波(213 nm)与 Nd:YAG 的2ci谐波抽运的 KTP-OPO(1405 nm)在 CLBO晶体和频，室温下获得 了185nm 深紫外激光，并给出了CLBO晶体的Sellmeier方程。中国科学院上海光学细密机械研究所也曾报道过 CLBO品体的倍频特征，本文盘算了CLBO相位匹配曲线、有用非线性系数、倍频时 谐波走离角、允许参量等参数，并实验研究了使用 CLBO 晶体实现Nd:YAG 的4ci谐波，获得266 nm  输出能量大于50mJ, 由2倍频向4倍频的转换效率大于40%。

2、CLBO晶体的倍频特征

由三波互作用的相位匹配条件和能量守恒定律 以 及 K.Kato! 等给出的 Sellmeier 方程，可以求出CLBO晶体的倍频相位匹配曲线，如图1,CLBO晶体 I类相位匹配和Ⅱ类相位匹配倍频的相位匹配角 划分为：θ=29°,φ=45°和θ=42°,φ=45°,I 类相位匹配 4倍频的相位匹配角为：0=62°,φ=45°,倍频最短的 基波波长划分为476 nm和640nm,这就意味着使用 CLBO 晶体倍频所能获得的最短波长为238 nm, 比 KDP(260nm)和 LBO(277 nm)获得的最短倍频 波是非，比BBO晶体获得的最短倍频波长长。无论 接纳何种匹配方式都可以实现二倍频输出。

图1 CLBO 晶体倍频的相位匹配角

图 2 为 CLBO晶体I类和Ⅱ类倍频有用非线性系数，CLBO晶体的I类相位匹配适合 Nd:YAG激光的2倍频，具有更大的有用非线性系数，日本OSAKA大学 Y.K.Yap 等使用CLBO晶体，在Continuum的 Powerlite 激光器上实现了能量大于1.5J, 转换效率大于50%的2倍频输出。对于I 类相位匹配来说，Nd:YAG激光的4倍频的有用非线性系数险些靠近最大值。

图2 CLBO晶体倍频有用非线性系数

使用CLBO晶体对激光Nd:YAG倍频时，不能到达非临界相位匹配，以是存在离散角。盘算效果如图3所示，走离角最大在2°左右，显着小于BBO晶体。对于高功聅hiす獗镀，由于基波的光斑直径较大，光波的走离效应影响并不显着，在小能量激光 倍频时，由于基频光的能量密度较低，基频光经常需要缩束或者聚焦，例如对于532 nm激光倍频，使用12mm的 CLBO晶体，抽运光光斑直径不能小于 400mm,凌驾400mm, 抽运光与倍频光在晶体内部将发生疏散，使倍频效率降低。

图3 CLBO晶体倍频时谐波走离角

对于小信号倍频解，谐波的功率密度或转换效率与相位失衏hang鱧量关系亲近，此关系通过函数 sinc?(△kL/2)体现出来。当△k=0 时 ，sinc?(△kL/2)=1  为最大值。当△k zeng加时，函数sinc?(△kL/2)下降很快，当△k=±π/l时，效率下降为最大值的近40%,为 最大允许相位失谐量，由其可以求得相位匹配的允许参量△θ:将相位失谐量△k 对在相位匹配角周围展成泰勒级数，略去二阶以后的高阶项，可以得出对应于CLBO晶体的差异相位匹配方式倍频时的允许角(如图4)。

图4 CLBO 晶体倍频时允许角

3、使用CLBO晶体实现的4ci谐波实验

使用灯抽运振放Nd:YAG激光器，最大输出能量为400 mJ, 脉宽为10 ns, 重复频率1Hz 。 实验装置如图5所示，主振激光经由一级放大后，使用Ⅱ类匹配KTP晶体对1064nm激光倍频，相位匹配角 为θ=90°,φ=24.4°,晶体尺寸为9mm×9mm×6mm。再使用I类相位匹配CLBO晶体对532nm 激光倍频，此时相位匹配角θ=62°,φ=45°,有用非线性系 数险些靠近最大值，晶体尺寸为7mm×8mm×9mm，最后使用石英棱镜将1064nm，532 nm，266 nm 脱离使用能量计丈量。

图5 Nd:YAG 四倍频实验装置

实验效果如图6,7所示。无论是二倍泼魅照旧四倍 频输出，随着注入能量的zeng加，输出能量呈线性zeng大，转换效率在初期zeng长较快，随着注入能量的zeng加呈饱和趋势。由1064 nm向532nm转换的效率为50%, 最大输出能量180 mJ，由532nm向266 nm 转换的 效率靠近40%,由于CLBO晶体和石英棱镜的端面都 未镀zeng透膜，外貌的反射消耗较大，最大紫外266 nm输出能量为50 mJ。

图6 532nm输出能量和1064nm注人能量的关系

图7 266nm输出能量和532nm注人能量的关系

4、结论

CLBO晶体具有较大的非线性系数，离散角。凵涫手，温度带宽和吸收角规模宽，抗损伤阈值高等许多优点，特殊是可以生长大尺寸单晶，而且生长周期短等优点，很是适合Nd:YAG 激光的高ci谐波发生，为实现深紫外激光输出提供了新途径。可是 ，CLBO晶体还存在严重的潮解问题，不朽qing缘mg使用的 CLBO晶体或许一年时问，由于潮解样品先从各个顶角和棱边开裂，裂纹逐渐向晶体内部延伸，最后导致整个晶体碎裂。现在，防止晶体潮解的一种要领是将晶体像BBO那样密封在真空或者充氮气的盒子里，另一种要领是将晶体在加热状态下使用，若是CLBO晶体的潮解开裂问题一旦获得很好的解决， 它的应用远景是很是辽阔的。