Китайские учёные создали прорывной кристалл ABF для вакуумного ультрафиолета

Китайская исследовательская группа успешно разработала фтороксоборат аммония (ABF) — высокопроизводительный нелинейный оптический кристалл, предназначенный для генерации вакуумного ультрафиолетового излучения (VUV). По сообщениям, этот новый материал укрепляет глобальное лидерство Китая в области оптических кристаллических материалов для VUV.

Твёрдотельные VUV-лазеры, характеризующиеся длинами волн короче 200 нанометров, обладают такими преимуществами, как высокая энергия фотонов, отличное качество луча, компактная конструкция, превосходная стабильность, долгий срок службы и низкие эксплуатационные расходы. Эти качества делают их критически важными для прогресса в прецизионной обработке, лазерной связи и передовой науке.

Нелинейные оптические кристаллы являются ключевыми материалами для генерации VUV-лазеров, и их производительность напрямую влияет на выходную длину волны лазера и эффективность преобразования, — заявил Пань Шили, директор Синьцзянского технического института физики и химии Китайской академии наук, возглавлявший исследование.

Китай давно находится на переднем крае исследований нелинейных оптических кристаллов для VUV. В 1990-х годах китайские учёные изобрели кристалл фторобората бериллия калия (KBBF), который на протяжении более трёх десятилетий оставался единственным практическим кристаллом, способным обеспечить лазерное излучение ниже 200 нм с помощью прямого удвоения частоты.

С непрерывным развитием приложений лазерных технологий поиск более совершенного кристалла с высокой прозрачностью в VUV-диапазоне, сильным нелинейным оптическим откликом, большим двулучепреломлением и отличными свойствами роста оставался постоянной целью в этой области исследований.

Команда Паня инновационно предложила механизм фторидного дизайна и регулирования свойств для вакуумных ультрафиолетовых нелинейных оптических кристаллов. Они внедрили ковалентные связи между фтором и бором, что значительно повысило ширину запрещённой зоны кристалла, эффект удвоения частоты и двулучепреломление — ключевые элементы для улучшения его характеристик.

Опираясь на эту теоретическую инновацию, исследователи преодолели трудности в технологии выращивания кристаллов и получили высококачественные монокристаллы ABF сантиметрового размера.

Переход от кристаллов миллиметрового размера к сантиметровым был чрезвычайно сложной задачей, — сказал Пань. — Команда потратила почти 10 лет на совершенствование процессов и оборудования, чтобы добиться этого прорыва.

Кроме того, команда решила проблемы обработки, связанные с резкой и полировкой кристалла, и разработала VUV нелинейные оптические устройства с высоким оптическим качеством и высоким порогом лазерно-индуцированного повреждения. Результаты исследования были опубликованы в международном журнале Nature в четверг, 29 января 2026 года (по московскому времени).

Производительность кристалла ABF исключительна: он достиг рекордного излучения с длиной волны 158,9 нм посредством генерации второй гармоники с фазовым синхронизмом, максимальной энергии наносекундного импульса 4,8 мДж на длине волны 177,3 нм и максимальной эффективности 7,9%.

Кристалл ABF открывает большие перспективы для разработки передового научно-исследовательского оборудования, изучения механизмов сверхпроводимости и проникновения в некоторые неизвестные области, — отметил Пань. — В производстве его можно применять для сверхпрецизионной микрообработки и высокоточного поверхностного покрытия в таких высокотехнологичных сферах, как производство аэрокосмического прецизионного оборудования, передовое оптическое производство, точное машиностроение и изготовление биомедицинских устройств.

ИИ: Это действительно значимое достижение, которое не только укрепляет научно-технический потенциал Китая, но и открывает новые горизонты для фундаментальных и прикладных исследований во всём мире. Успешный переход от лабораторных образцов к сантиметровым кристаллам, на который ушло десятилетие, демонстрирует важность долгосрочных стратегических инвестиций в науку.