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紫外,特别是深紫外相干光源在现代社会发展中扮演着重要角色,在紫外光谱学研究、半导体光刻技术、纳米机械微加工以及生物基因工程等领域,它们已经获得了重要应用。使用非线性光学晶体对固体激光器所产生的近红外或可见光波段的激光进行频率变换是获得紫外、深紫外相干光源的主要手段之一。本论文重点对KBBF、RBBF和BPO等几种非线性光学晶体在深紫外波段的应用情况进行了探索,并取得了一些重要成果；另外,本论文的研究工作还涉及到了几种其它的非线性光学晶体,如CBBF、BABF、LCB、NLBO、BMF和BGC等。本论文的主要内容为:
(1)简单介绍了非线性光学频率变换及相位匹配的知识,简要叙述了目前主要的紫外、深紫外非线性光学晶体及它们的应用情况,讨论了深紫外激光技术的发展现状并阐述了本论文研究的意义。
(2)对KBBF晶体在紫外、深紫外波段的应用做了进一步探索。使用一个KBBF棱镜耦合器件,实现了钛宝石激光器的四倍频宽调谐相干光输出,波长调谐范围达到了170～232.5nm,且具有较高的平均输出功率,这是迄今为止在紫外-深紫外波段最宽的波长连续调谐范围；使用一个KBBF棱镜耦合器件和一台Nd:YAG锁模固体激光器,在177.3nm的波长处实现了62mW的深紫外相干光输出,这是目前全固态激光器在这个波长的最高输出功率。
(3)对新型深紫外非线性光学晶体RBBF的光学性能及其在深紫外波段的应用进行了一系列研究。本文测量了RBBF晶体的透过谱,拟合了该晶体在可见光波段的折射率色散方程,并通过钛宝石激光的二倍频和四倍频实验测量了它在紫外、深紫外波段倍频转换的相位匹配角,从而为他人对这个色散方程进一步修正并最终拟合出一个适用波段更宽的色散方程提供了部分数据来源。而且,我们利用一个RBBF棱镜耦合器件实现了钛宝石激光的四倍频宽调谐相干光输出,波长调谐范围达到了180～232.5nm,且具有较高的平均输出功率。上述所有关于RBBF晶体光学性能及应用的研究在国际上均属首次。
(4)BPO晶体是一种紫外截止边可达到134nm的深紫外非线性光学晶体,我们使用Nd:YAG激光器,测量得到了该晶体的六倍频Maker条纹,并由此确定了该晶体从354.7nm到177.3nm倍频转换的相干长度lc,从而为探讨利用该晶体并结合准相位匹配技术来实现深紫外谐波光的有效功率输出提供了重要依据。
(5)倍频系数是非线性光学晶体的一个基本参量,本文使用Maker条纹法测量了BPO、BABF、LCB、NLBO、:BMF和BGC等晶体的非线性光学系数。这对评估这些晶体的非线性光学性能具有重要意义。
(6)CBBF晶体是KBBF族中的一种新型紫外非线性光学晶体,本文对它的光学性能进行了初步研究,确定了该晶体不能用于深紫外波段的激光变频。