激光技術被譽為20世紀“四大科技發明”之一。聚焦真空紫外非線性光學晶體材料領域基礎研究和關鍵核心技術，中國科學院新疆理化技術研究所（以下簡稱“新疆理化所”）潘世烈團隊成功研制出氟化硼酸銨（ABF）晶體，首次實現直接倍頻真空紫外激光158.9納米輸出，創造了該領域世界最短輸出波長紀錄。相關成果於29日在國際學術期刊《自然》發表。

全固態真空紫外激光源（波長≦200納米）因光子能量高、光束質量好、結構緊湊且穩定性強等特性，在精密加工、高端科研裝備等多個領域具有不可替代的戰略意義。長期以來，氟代硼鈹酸鉀晶體（KBBF）是唯一能夠通過直接倍頻技術實現200納米以下激光輸出的實用晶體，由陳創天院士團隊在20世紀90年代發明。隨著應用需求的不斷發展，尋找下一代性能更優的新型晶體成為該領域的挑戰性科學難題。

“非線性光學晶體是實現這一激光輸出的核心材料。”新疆理化所所長潘世烈介紹，作為激光設備的關鍵部件，該類晶體可以轉換激光頻率，從而獲得不同波長的激光，滿足多樣化的應用需求。如何突破這一技術桎梏？潘世烈團隊從源頭出發，創造性地提出“氟化”設計思想，將元素周期表中電負性最強的氟元素引入到硼酸鹽晶體結構中，攻克對非線性光學材料關鍵性能的協同調控和晶體生長技術難題，成功獲得厘米級高光學質量的ABF單晶，為緊湊、高效的全固態真空紫外激光器提供了全新的材料體系。

“新晶體的加工器件制造尤為困難，其軟硬度等各種物理參數的匹配都需要從頭摸索。”潘世烈說，經過長期試驗，團隊自主研發出一套完整適配ABF晶體的器件加工工藝，涵蓋從定向切割、粗拋到精拋的全流程，實現了從晶體到實用器件的跨越。測試結果表明，該晶體綜合性能優異，在直接倍頻真空紫外激光輸出方面刷新了3項世界紀錄——直接倍頻真空紫外激光輸出波長最短、納秒177納米脈沖能量最高、光光轉換效率大幅提升，綜合性能遠超現有材料。

“憑借獨特優勢，ABF晶體能應用於研制高性能全固態真空紫外激光器。”新疆理化所晶體材料研究中心研究員張方方介紹，該成果可以為高端科研裝備的研發、超高精度激光加工、原始創新領域的空間通信等提供核心材料支撐，應用前景十分廣闊。據悉，新疆理化所享有對ABF晶體從理論計算、晶體生長到器件研制、激光輸出的全鏈條自主知識產權。該晶體的研發標志著中國在真空紫外非線性光學晶體關鍵材料方向取得重要突破，為保持中國在該領域的國際領先地位作出積極貢獻。

“下一步，新疆理化所將持續開展ABF晶體穩定生長技術、器件加工工藝及激光光源研制和應用的研究，力爭實現更短波長、更大能量、更高功率的全固態真空紫外光源創新，為精密制造、前沿科研裝備提供有力支撐。”潘世烈表示。（記者崔興毅）