在激光技術滲透各行各業的今天，光參量振蕩器（OPO）憑借可將激光轉換至任意所需波段的能力，成為激光雷達、光譜分析、量子通信等高端領域的核心設備。其性能優化一直是行業關注的焦點。而近期一項關于光參量振蕩器的創新研究，讓LBO 晶體再次成為了非線性光學領域的 “明星材料”。

線寬難題為何如此關鍵？

量振蕩器的核心價值，在于通過非線性晶體的二階非線性效應，將固定波長的泵浦激光轉換為可調諧的信號光與閑頻光，從而突破傳統激光器的波長限制。但在實際應用中，參量光的線寬（光譜寬度）直接決定了設備性能：

• 在激光雷達領域，窄線寬意味著更高的測距精度和抗干擾能力；

• 在光譜分析中，線寬穩定性直接影響物質成分的識別精度；

• 在量子信息存儲方面，則要求光源線寬必須控制在特定范圍，才能實現量子態的穩定傳輸。

• 傳統技術中，解決線寬問題的方案始終存在短板：

• 腔內插入棱鏡、F-P標準具等色散元件，會引入額外損耗，導致轉換效率下降30%以上，甚至提高振蕩閾值；

• 種子光注入法雖能實現窄線寬，但系統需額外配備種子光源和復雜的光路耦合結構，體積增加50%以上，且穩定性受環境振動影響極大。

• 這些缺陷讓光參量振蕩器在高精度應用中始終“力不從心”，直到一種基于雙晶體協同調控的創新方案出現——而LBO晶體，正是這一方案的“核心引擎”。

雙晶體協同 線寬調控“收放自如”

中國科學院理化技術研究所的最新研究（專利申請號：202410130611.1）提出了一種光參量振蕩器設計：在振蕩腔內沿光軸方向設置兩塊不同相位匹配類型的非線性晶體，通過調整二者長度比例，實現參量光線寬的靈活調節。

方案核心邏輯：

1.晶體選型

第一晶體采用I類相位匹配（非線性增益譜寬△λ1），第二晶體采用II類相位匹配（非線性增益譜寬△λ2），且△λ1＞△λ2；

2.協同作用

當兩塊晶體長度比例在1:9 - 9:1之間調節時，總增益譜寬△λ可精準控制在△λ1與△λ2之間；

3.動態調控

通過步進電機控制晶體在垂直光軸方向平移，實時改變有效作用長度，實現線寬的連續可調。

這一設計無需額外色散元件，避免了傳統方案的損耗問題；同時無需復雜外光路，系統體積減少40%以上，穩定性顯著提升。而在眾多非線性晶體中，LBO晶體憑借獨特性能，成為該方案的“最佳拍檔”。

LBO晶體為何能成為“核心引擎”

LBO（三硼酸鋰，LiB3O5）作為非線性光學領域的“明星材料”，其優勢在該創新方案中被發揮得淋漓盡致：

1.相位匹配特性“量身定制”

方案中，LBO晶體可通過切割角度的精準設計，分別滿足I類和II類相位匹配要求：

I類相位匹配LBO：相位匹配角θ=90°，φ=0°- 10°，此時產生的參量光具有較寬的增益譜寬（△λ1）；

II類相位匹配LBO：相位匹配角θ=0°- 35°，φ=90°，對應較窄的增益譜寬（△λ2）。

這種“同一材料、兩種特性”的優勢，讓雙晶體協同調控無需考慮不同材料的兼容性問題，大幅降低了光路設計難度。

2.寬透光+高損傷閾值，適配多場景泵浦光

LBO晶體的透光范圍覆蓋160 - 2600nm，可適配多種泵浦光波長（1064nm、532nm、1319nm等）。在實驗中：

當泵浦光為532nm（綠光）時，LBO雙晶體系統可產生1000nm信號光和1137nm閑頻光，線寬調節范圍達1.1nm - 12nm；

即使泵浦光功率提升至2.5W，LBO晶體仍能穩定工作，無明顯光損傷現象——這得益于其＞10GW/cm2的高損傷閾值，遠超KTP（5GW/cm2）、BBO（7GW/cm2）等晶體。

3.熱穩定性優異，確保線寬調節精度

在高功率泵浦下，晶體的熱效應會導致相位匹配條件偏移，影響線寬穩定性。而LBO晶體的熱導率（約1.2W/(m·K)）是BBO的1.5倍，熱光系數僅為KTP的1/3，在連續工作時溫度波動可控制在±0.5℃以內，確保線寬調節誤差＜0.1nm。

LBO晶體開啟OPO應用新場景

這一基于LBO晶體的創新方案，不僅解決了傳統技術的痛點，更拓展了光參量振蕩器的應用邊界：

環境監測

在大氣成分遙感中，通過調節LBO晶體比例，可將參量光線寬穩定在2nm以內，實現對PM2.5、臭氧等污染物的高精度探測；

醫療診斷

窄線寬（1.1nm）的1137nm激光可穿透深層組織，且對生物細胞損傷小，為光動力療法提供了理想光源；

量子通信

線寬可調的1533nm信號光可適配光纖通信波段，結合LBO晶體的穩定性，有望實現量子密鑰的長距離傳輸。

LBO晶體，不止于“材料”，更是技術革新的“鑰匙”，自2016年超大尺寸LBO晶體研發成功后，悅能光電又用了9年時間初步實現了批量化生產，從毫米級晶體的精密生長，到英寸級產品的批量化生產，每一步突破都凝聚著團隊對工藝的極致追求，我們堅持技術創新與品質把控，讓中國制造的LBO晶體在全球激光應用中占據重要席位。未來，我們將繼續以穩扎穩打的態度，推動各類晶體材料性能持續提升，為行業發展貢獻更多實實在在的成果。

此次光參量振蕩器的創新設計，再次證明了LBO晶體在非線性光學領域的不可替代性。從激光頻率轉換到超短脈沖調控，從實驗室研究到工業量產，LBO晶體始終以“寬頻帶、高穩定、易調控”的特性，推動著激光技術向更精密、更靈活的方向發展。未來，隨著雙晶體協同方案的產業化落地，LBO晶體必將在更多高端領域綻放光彩——因為真正的核心材料，從來都不只是技術的“參與者”，更是創新的“驅動力”。

參考文獻：中國科學院理化技術研究所. 光參量振蕩器[P]. 中國專利:202410130611.1, 2025-08-01.

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