突破线宽调控瓶颈！LBO晶体如何塑造光参量振荡器的未来？

在激光技术渗透各行各业的今天，光参量振荡器（OPO）凭借可将激光转换至任意所需波段的能力，成为激光雷达、光谱分析、量子通信等高端领域的核心设备。其性能优化一直是行业关注的焦点。而近期一项关于光参量振荡器的创新研究，让LBO 晶体再次成为了非线性光学领域的 “明星材料”。

线宽难题为何如此关键？

量振荡器的核心价值，在于通过非线性晶体的二阶非线性效应，将固定波长的泵浦激光转换为可调谐的信号光与闲频光，从而突破传统激光器的波长限制。但在实际应用中，参量光的线宽（光谱宽度）直接决定了设备性能：

• 在激光雷达领域，窄线宽意味着更高的测距精度和抗干扰能力；

• 在光谱分析中，线宽稳定性直接影响物质成分的识别精度；

• 在量子信息存储方面，则要求光源线宽必须控制在特定范围，才能实现量子态的稳定传输。

• 传统技术中，解决线宽问题的方案始终存在短板：

• 腔内插入棱镜、F-P标准具等色散元件，会引入额外损耗，导致转换效率下降30%以上，甚至提高振荡阈值；

• 种子光注入法虽能实现窄线宽，但系统需额外配备种子光源和复杂的光路耦合结构，体积增加50%以上，且稳定性受环境振动影响极大。

• 这些缺陷让光参量振荡器在高精度应用中始终“力不从心”，直到一种基于双晶体协同调控的创新方案出现——而LBO晶体，正是这一方案的“核心引擎”。

双晶体协同 线宽调控“收放自如”

中国科学院理化技术研究所的最新研究（专利申请号：202410130611.1）提出了一种光参量振荡器设计：在振荡腔内沿光轴方向设置两块不同相位匹配类型的非线性晶体，通过调整二者长度比例，实现参量光线宽的灵活调节。

方案核心逻辑：

1.晶体选型

第一晶体采用I类相位匹配（非线性增益谱宽△λ1），第二晶体采用II类相位匹配（非线性增益谱宽△λ2），且△λ1＞△λ2；

2.协同作用

当两块晶体长度比例在1:9 - 9:1之间调节时，总增益谱宽△λ可精准控制在△λ1与△λ2之间；

3.动态调控

通过步进电机控制晶体在垂直光轴方向平移，实时改变有效作用长度，实现线宽的连续可调。

这一设计无需额外色散元件，避免了传统方案的损耗问题；同时无需复杂外光路，系统体积减少40%以上，稳定性显著提升。而在众多非线性晶体中，LBO晶体凭借独特性能，成为该方案的“最佳拍档”。

LBO晶体为何能成为“核心引擎”

LBO（三硼酸锂，LiB3O5）作为非线性光学领域的“明星材料”，其优势在该创新方案中被发挥得淋漓尽致：

1.相位匹配特性“量身定制”

方案中，LBO晶体可通过切割角度的精准设计，分别满足I类和II类相位匹配要求：

I类相位匹配LBO：相位匹配角θ=90°，φ=0°- 10°，此时产生的参量光具有较宽的增益谱宽（△λ1）；

II类相位匹配LBO：相位匹配角θ=0°- 35°，φ=90°，对应较窄的增益谱宽（△λ2）。

这种“同一材料、两种特性”的优势，让双晶体协同调控无需考虑不同材料的兼容性问题，大幅降低了光路设计难度。

2.宽透光+高损伤阈值，适配多场景泵浦光

LBO晶体的透光范围覆盖160 - 2600nm，可适配多种泵浦光波长（1064nm、532nm、1319nm等）。在实验中：

当泵浦光为532nm（绿光）时，LBO双晶体系统可产生1000nm信号光和1137nm闲频光，线宽调节范围达1.1nm - 12nm；

即使泵浦光功率提升至2.5W，LBO晶体仍能稳定工作，无明显光损伤现象——这得益于其＞10GW/cm²的高损伤阈值，远超KTP（5GW/cm²）、BBO（7GW/cm²）等晶体。

3.热稳定性优异，确保线宽调节精度

在高功率泵浦下，晶体的热效应会导致相位匹配条件偏移，影响线宽稳定性。而LBO晶体的热导率（约1.2W/(m·K)）是BBO的1.5倍，热光系数仅为KTP的1/3，在连续工作时温度波动可控制在±0.5℃以内，确保线宽调节误差＜0.1nm。

LBO晶体开启OPO应用新场景

这一基于LBO晶体的创新方案，不仅解决了传统技术的痛点，更拓展了光参量振荡器的应用边界：

环境监测

在大气成分遥感中，通过调节LBO晶体比例，可将参量光线宽稳定在2nm以内，实现对PM2.5、臭氧等污染物的高精度探测；

医疗诊断

窄线宽（1.1nm）的1137nm激光可穿透深层组织，且对生物细胞损伤小，为光动力疗法提供了理想光源；

量子通信

线宽可调的1533nm信号光可适配光纤通信波段，结合LBO晶体的稳定性，有望实现量子密钥的长距离传输。

LBO晶体，不止于“材料”，更是技术革新的“钥匙”，自2016年超大尺寸LBO晶体研发成功后，悦能光电又用了9年时间初步实现了批量化生产，从毫米级晶体的精密生长，到英寸级产品的批量化生产，每一步突破都凝聚着团队对工艺的极致追求，我们坚持技术创新与品质把控，让中国制造的LBO晶体在全球激光应用中占据重要席位。未来，我们将继续以稳扎稳打的态度，推动各类晶体材料性能持续提升，为行业发展贡献更多实实在在的成果。

此次光参量振荡器的创新设计，再次证明了LBO晶体在非线性光学领域的不可替代性。从激光频率转换到超短脉冲调控，从实验室研究到工业量产，LBO晶体始终以“宽频带、高稳定、易调控”的特性，推动着激光技术向更精密、更灵活的方向发展。未来，随着双晶体协同方案的产业化落地，LBO晶体必将在更多高端领域绽放光彩——因为真正的核心材料，从来都不只是技术的“参与者”，更是创新的“驱动力”。

参考文献：中国科学院理化技术研究所. 光参量振荡器[P]. 中国专利:202410130611.1, 2025-08-01.

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