“中国晶体珍宝”——LBO晶体

“中国牌”晶体奠定了中国在非线性光学晶体材料领域的领先地位，也促进了激光(尤其是固体激光)技术的迅猛发展。三硼酸锂(LBO)是第二块被誉为“中国牌”晶体的可见/紫外非线性光学晶体，由中国科学院福建物质结构研究所陈创天和吴以成院士团队于20世纪80年代发明。该晶体以其优异的综合性能获得国内外的广泛关注，被美国Lasers&Optronics杂志评为1989年度国际“十大激光高技术产品成就”之一。相关成果于1990年获中国科学院科技进步一等奖，1991年获国家发明一等奖。

对LBO晶体的研究可以追溯到20世纪60年代，囿于当时非线性光学倍频材料的缺乏，近红外激光很难直接高效地倍频到可见光及更短的紫外光波段。转机出现在70年代，陈创天教授提出了非线性光学效应的“阴离子基团理论”，用以指导非线性光学晶体材料设计。于是，继第一块“中国牌”晶体BBO后，第二块“中国牌”晶体横空出世，其优异的光学特性表现在以下几方面：

(1)大的有效倍频系数：约为3×KDP；

(2)宽的透光范围：160～2 600 nm;

(3)高的激光损伤阈值：约 18.9 GW/cm2(1.3 ns，λ=1 053 nm);

(4)高的光学均匀性：δn≈10-6；

(5)宽的接收角和小的离散角；

(6)在宽的波段范围内可实现Ⅰ型和Ⅱ型非临界相位匹配(NCPM)。

由于以上特性，LBO晶体可以高效地对Nd基激光系统进行二倍频、三倍频输出，还可用于光学参量啁啾脉冲放大，输出高功率短脉冲激光。LBO是迄今为止实现高功率三倍频输出最好的非线性光学晶体。

LBO晶体是非同成分熔融化合物，在834 ℃左右会发生分解，因此只能采用助熔剂法进行晶体的生长。LBO晶体从实验室培育到产业化发展凝聚了中国数代科技人员的心血。中材人工晶体研究院是国内最早进行LBO晶体生长研究的单位之一，在黄朝恩教授带领下，其在LBO晶体生长尺寸方面取得了巨大突破，研究成果获国家科技进步一等奖。福建晶体技术开发公司(福建福晶科技股份有限公司前身,简称“福晶科技”)自1988年成立以后便开启了LBO晶体商业化征途，在LBO晶体的生长及加工方面不断进行研发投入，追求极致，以高品质、优服务牢牢占据着国际及国内市场的主导地位，取得了数以亿计的经济效益和良好的社会效益。21世纪初俄罗斯科学家发现了钼酸盐助熔剂体系，相比原来的硼酸盐体系黏度大大降低，使得生长大尺寸LBO晶体成为可能。2013年，中国科学院理化技术研究所胡章贵教授团队生长出世界上最大尺寸、重量为4 798 g的LBO晶体，并保持LBO晶体器件尺寸的世界纪录(139.0 mm×132.0 mm×11.5 mm)。

从20世纪80年代被发明至今，“中国牌”晶体LBO以其优异的非线性光学性能，在可见/紫外频率转化领域大显身手，为固体激光器的发展作出了巨大的贡献。随着下游激光应用领域的不断拓展，LBO晶体也必将迎来全新的发展机遇。