具有極窄線寬的單縱模深紫外可調諧激光由于其高的光譜分辨率及光子能量，是精密光譜學、紫外光刻、激光同位素分離、高分辨成像等諸多領域具有重要需求的光源，但因其涉及到線寬壓窄技術、頻率穩定技術、精確調諧技術及波長變換技術等一系列復雜的難題，該激光研究工作極具挑戰性。為了獲得紫外波短的波長，通常需要借助非線性晶體混頻已有成熟激光器件的方案，從而獲得該波段的相干輻射。我國科學家在非線性激光晶體研究方面成果顯著，以BBO、LBO、KBBF等晶體為代表的紫外及深紫外波段非線性晶體蜚聲國際。但是由于不同晶體在通光波段、相位匹配范圍、有效非線性系數及光學質量、生長工藝、使用壽命等方面的不同表現，很難有可完全取代其他晶體的“全能”非線性晶體，不斷挖掘新的非線性晶體并結合實用激光器件獲得技術指標先進的紫外及深紫外激光，是激光材料及激光技術人員追求的重要內容之一。
針對極窄線寬可調諧深紫外激光的應用研究任務，中國科學院物理研究所/北京凝聚態物理國家實驗室（籌）光物理重點實驗室魏志義研究組基于他們摻鈦藍寶石激光研究的經驗，近年來通過深入系統的研究工作，相繼克服了壓縮線寬、穩定頻率、精調波長、提高增益等技術難題，部分工作已發表于Applied Optics等雜志上【Appl. Opt., 51: 1905(2012)及Appl. Opt., 51:5527 (2012)】。最近，魏志義研究員、滕浩副研究員及博士研究生王睿在進一步成功獲得平均功率6.5W、線寬小于0.4pm的可調諧窄線寬納秒鈦寶石激光的基礎上，通過與福建物質結構研究所洪茂椿、陳長章、林文雄研究員合作，利用他們最新研制成功的BBSAG (Ba1-xB2-y-zO4SixAlyGaz)晶體四倍頻該激光，在195～205nm的深紫外波長范圍內獲得了線寬小于200MHz、單頻穩定性優于50MHz、調諧步長小于50MHz的可調諧窄線寬穩頻激光輸出，最高輸出功率達130mW。圖1為波長計測量到的基頻光典型線寬結果，圖2依次為各階諧波的調諧曲線，對比BBO晶體，BBSAG在紫外波段不僅倍頻效率提高了25%，而且由于近兩倍高的光學破壞閾值、更高的硬度及完全不潮解的特性，表現出更加優良的連續穩定運行時間及可靠的線寬穩定性、精確的波長調諧能力，可望作為一種新的紫外非線性晶體，在激光科學技術中發揮重要作用。目前該激光器已在合作單位取得成功應用。
相關結果已發表在Optics Letters 39,2105(2014)上，此項工作得到了中科院知識創性工程方向性項目和國家自然科學基金委重大研究計劃項目的資助。
圖1 基頻光的線寬測量結果
圖2 各次諧波的光譜調諧范圍，采用BBSAG的四倍頻激光的調諧范圍約從193～210nm。最高平均功率135mW。
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