近日，中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所成功生長出直徑4英寸(100 mm)YCOB晶體，等徑部分長度達(dá)到100 mm，晶體完整無缺陷，達(dá)到非線性光學(xué)質(zhì)量要求，可切割通光口徑達(dá)到90 mm×90 mm的非線性光學(xué)頻率轉(zhuǎn)換器件。這是目前公開報(bào)道中采用熔體法生長的非線性光學(xué)晶體最大可用口徑。目前，世界上能提供最大可用口徑的非線性光學(xué)晶體是KH2PO4(簡(jiǎn)稱KDP)，采用水溶液法生長，已被各國激光核聚變工程采用，器件口徑最大達(dá)到430 mm×430 mm。但其非線性光學(xué)性能和物理化學(xué)穩(wěn)定性均不如YCOB晶體。

    YCa4O(BO3)3 （簡(jiǎn)稱YCOB）晶體是1996年由法國科學(xué)院Aka等人發(fā)明的新晶體，此后人們發(fā)現(xiàn)該晶體具有優(yōu)越的非線性光學(xué)性能、高溫壓電性能以及良好的化學(xué)穩(wěn)定性，在近幾年重新受到重視。與高功率激光系統(tǒng)常用的非線性光學(xué)晶體LiB3O5（LBO）相比，該晶體具有如下優(yōu)點(diǎn)：晶體不易潮解；有效非線性光學(xué)系數(shù)比前者大37.5%；溫度容許范圍寬22倍；雖抗激光損傷閾值相近，但參量熒光小三個(gè)數(shù)量級(jí)；熱膨脹系數(shù)小一個(gè)數(shù)量級(jí)且各向異性小，可加工性能更好。該晶體可采用提拉法生長，生長周期短，成本更低，有利于獲得可制作大口徑激光器件的晶體。用該晶體制作的大口徑激光器件，可實(shí)現(xiàn)高能量和高功率激光系統(tǒng)的倍頻（SHG）、三倍頻（THG）、光參量振蕩（OPO）、光參量放大（OPA）以及光參量啁啾脈沖放大（OPCPA）。

    2010年以來，中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所先后突破了1英寸、2英寸和3英寸YCOB晶體生長技術(shù)，并于2011年獲得 60 mm × 60 mm口徑的YCOB晶體非線性光學(xué)器件，成功應(yīng)用于焦耳量級(jí)的非共線參量啁啾脈沖放大（OPCPA），產(chǎn)生了能量3.36 J壓縮脈沖周期為44.3fs的800 nm信號(hào)光，表明YCOB晶體可成為拍瓦級(jí)激光系統(tǒng)的末級(jí)放大器。為產(chǎn)生更大平均功率激光，需要OPCPA非線性光學(xué)器件具有更大的口徑，因此需要生長更大直徑和長度的YCOB晶體。

    進(jìn)入4英寸直徑Y(jié)COB晶體技術(shù)攻關(guān)以來，由于晶體直徑和長度增大，生長所需時(shí)間和難度大大增加，研究人員通過刻苦攻關(guān)，探索了一套綜合多種工藝的有效技術(shù)，攻克了YCOB晶體易解理、螺旋生長和產(chǎn)生包裹體等技術(shù)難題，使晶體質(zhì)量大大提高，光學(xué)均勻性達(dá)到1.48×10-6，抗激光損傷閾值達(dá)到10 J/cm2 (532 nm, 3 ns)以上，并最終獲得能夠切割90 mm×90 mm口徑器件的4英寸YCOB晶體，并為進(jìn)一步探索生長更大尺寸YCOB晶體奠立了良好基礎(chǔ)。