非線性光學晶體的案例
美國曾花了15年才突破中國的這項技術封鎖！
KBBF在高功率狀態下紫外線性能比上一代BBO晶體性能好兩倍，并能夠用于制造超高速激光掃描設備，這將大大提高美國國防和國土安全威脅探測能力，對美國科學研究和精密測量能力的提高而言，KBBF具有“規則改變者”的意義。目前APC公司還在繼續進行這種產品的開發。
據國內相關資料，我國最早在1990年發現KBBF晶體，這種晶體是我國科技工作者首先提出并研制成功，在紫外線波段性能全面優于當時已經發現的任何材料。它的研制成功在國外引起巨大反響。
1990年時中國用這種材料實現了低至204.8納米相位匹配的二次諧波的發生。2013年9月9日，中科院網站公布，我國深紫外固態激光源系列前沿裝備日前通過驗收，我國成為世界上唯一能夠制造實用化深紫外全固態激光器的國家。
報道提到，上世紀90年代初，在發現硼酸鹽系列非線性光學晶體后，中科院院士陳創天的研究團隊經過十余年的努力，在國際上首先生長出大尺寸KBBF晶體。
KBBF晶體是目前唯一可直接倍頻產生深紫外激光的非線性光學晶體，是在非線性光學晶體研究領域中，繼硼酸鋇、三硼酸鋰晶體后的第三個“中國產”非線性光學晶體。
關于KBBF晶體基礎上制造的深紫外波段激光的應用，文章提到，如今，這8臺科學儀器已經在石墨烯、高溫超導、拓撲絕緣體、寬禁帶半導體和催化劑等研究中獲得了重要結果。
以深紫外激光光發射電子顯微鏡(PEEM)為例，目前國際上最先進的光發射電子顯微鏡空間分辨率最高為20nm，而采用全固態激光器后能提高到3.9nm。中科院大連化物所利用這臺儀器開展了石墨烯/Ru(0001)表面插層反應原位觀測，為石墨烯等光電子材料發展和應用提供了強有力的研究手段。
展開 開放體系下高溫溶液法合成兩種硼酸-碳酸鹽非線性光學材料
非線性光學晶體是一種功能材料，其中的倍頻（或稱“變頻”）晶體可用來對激光波長進行變頻，從而擴展激光器的可調諧范圍，在激光技術領域具有重要應用價值。其中的氟代硼鈹酸鉀晶體（KBBF）能夠將激光轉化為史無前例的176納米波長（深紫外）激光，從而可以制造出深紫外固體激光器。但是Be的使用會造成材料很強的毒性，不利于大規模綠色生產。因此，人們致力于無鈹的晶體制備。目前，B基氧化物的光學晶體成為研究熱點。
中國科學院新疆理化技術研究所潘世烈研究員的課題組最近成功合成了兩種復合的硼酸-碳酸鹽Ba4M(CO3)2(BO3)2 (M = Ba, Sr)。本工作近期發表于Science China Materials。
這是第一例在開放體系下合成的硼酸-碳酸鹽。它們的結構由單晶X射線衍射確定，結晶在相同的
Pnma
空間群。它們的晶體結構是由BaO8多面體(SrO8多面體)，孤立的BO3和CO3三角形組成的三維網絡結構。通過詳細的結構分析表明共生長的[Ba3(BO3)2]/[Ba2Sr(BO3)2]和[BaCO3]層是有利于這兩種硼酸-碳酸鹽的合成的。此外，還研究了它們的合成、光譜性質和熱行為。
圖1
Ba2(BO3)1?
x
(CO3)
x
Cl1+
x
and
Ba5(CO3)2(BO3)2
的結構
。
展開 如何在 COMSOL 中建立線性和非線性光學模型
光學材料的二階磁化率
有些非線性晶體具有相對較高的二階磁化率 (
)。當一束單色光穿過這種非線性晶體時，輸出頻譜不僅顯示出原始頻率(ω)，也顯示出二階諧波頻率(2ω)。因此，這種現象被稱為二次諧波生成 (SHG)。
SHG 被應用于激光設計和工程領域，在這個領域，很難找到一種材料來發射比入射波長波長更短的光。例如，當紅外光源(1064nm)通過磷酸二氫鉀(KDP)晶體泵浦時，晶體會發射出綠色(532nm)的激光源。
在 COMSOL Multiphysics 中，這種方法可以用瞬態或頻域分析來建模，其中使用非線性系數(d)定義極化，如下所示。在高斯光束的二次諧波產生教程模型中，需要將與電場相關的非線性項引入電位移場 (D)中。在這個模型中，引入非線性項的方式是通過巧妙使用殘余電電位移(Dr)。事實上，殘余電位移也可以接受一個非線性場量，這里涉及到一個電場分量的平方。這種方法顯示了和頻生成以及差頻生成。
其中，
,
是非線性系數，Ez 是 z-電場的分量。
在
高斯光束的二次諧波產生
教程模型中，只能分析一個特定的頻率。(換句話說，用亥姆霍茲方程只能分析一個頻率。)因此，該模型建立了兩個接口，并耦合了兩個物理場。第一個界面代表基波，第二個界面代表二次諧波頻率。第一個界面的極化
，以及第二個界面的極化
，可定義如下:
其中，d 是非線性系數，
是 y-基頻電場分量，
是 y-二次諧波頻率下的電場分量。
左:輸出頻譜。大峰左邊的小峰表示差頻產生，右邊的小峰表示 SHG。右:基波和二次諧波的電場 y- 分量。
展開 潘世烈等合成三種新型復合硼酸鹽非線性光學材料
K7CaLa2B15O30和K7CaBi2B15O30結晶于三方手性空間群R32中，K7BaBi2B15O30結晶于非中心對稱正交極性空間群Pca21。這三個化合物具有相似的三維晶體結構，由孤立的B5O10基團和LaO6或BiO6八面體組成，K+、Ca2+、Ba2+陽離子填充于空隙中以保持電荷平衡。據調研，在K7MIIRE2B15O30體系內(MII = Ca，Sr，Ba，Zn，Cd，Pb，K/RE0.5；RE = Sc，Y，La，Gd，Lu，Bi)，K7BaBi2B15O30是唯一一個結晶于不同空間群的化合物，其豐富了硼酸鹽的結構化學。
詳細的結構分析表明，堿土金屬陽離子的尺寸和配位數的差異是導致結構變化的主要原因。此外，UV-Vis-NIR光譜分析和倍頻效應(SHG)測試表明K7CaBi2B15O30具有較短的截止邊(大約282 nm)和適中的倍頻效應(約0.6×KDP)。他們還進行了熱重差熱和紅外光譜的測試。為了更好地理解上述化合物的結構性能關系，他們還進行了第一性原理計算。
圖1 (a) K7CaBi/La2B15O30中Ca2+的結構。(b) K7BaBi2B15O30 中K+/Ba2+的結構。(c) K7CaBi2B15O30 和K7CaLa2B15O30 中B5O10的重復排列。(d) K7BaBi2B15O30 中B5O10的重復排列。
展開 
中科院孵化的芯片企業不完全盤點
晶體元件企業：福晶科技
福建福晶科技是由中國科學院福建物質結構研究所(物構所)與43位自然人共同出資組建，成立于2001年10月31日。福晶科技主要從事非線性光學晶體、激光晶體、精密光學元件和激光器件的研發、生產和銷售，其產品廣泛應用于激光、光通訊、醫療設備、檢測分析儀器等各諸多工業領域。福晶公司成為目前世界上著名的LBO晶體、BBO晶體、Nd:YVO4晶體、TGG晶體、精密光學元件、高功率隔離器、聲光及電光開關的領先生產商。
公司發展了熔鹽法，提拉法、水溶液法等多種晶體生長技術；建立了非球面數控研磨拋光、離子束拋光、全息光柵等多條先進精密光學產線；擁有數控加工、雙拋、大型環拋等多種加工手段；以及IAD，IBS，MS，EB等鍍膜工藝以適應各類不同的應用需求。公司的檢測技術和設備也處于業界較高地位，擁有Zygo干涉儀，Taylor Hobson輪廓儀，Agilent Cary、PE分光光度計，Trioptics中心儀等先進齊全的檢測儀器。
CPU/GPU企業：象帝先
象帝先計算技術（重慶）有限公司成立于2020-09-29，公司董事長&總經理唐志敏于1990年在中科院計算所獲工學博士學位。是中科院的研究員、博士生導師。據官網介紹，象帝先公司面向新興的AIOT市場，研發適用于移動、桌面、邊緣計算、云數據中心等領域的高性能價格比、高性能功耗比的CPU/GPU及領域專用芯片產品。
展開 光學行業FEMAG晶體生長數值模擬技術在光學行業的應用
1.晶體的光學應用
隨著科技的發展，光感技術，激光技術得到越來越廣泛的應用。生活水平的提高也使得人們對傳統的晶體光學折變特性提出了更高的要求，例如偏振鏡，濾光鏡等等應用場合越來越多。此外光存儲光傳輸等技術也以驚人的速度在普及。因此光學儀器和材料成為了一個非常具有前景的發展領域。
在光學領域中關鍵材料是光學晶體，按照用途可以分成光電晶體、聲光晶體、激光晶體、光折變晶體、非線性晶體等。光學晶體主要是指應用于光學回路中的晶體，如棱鏡，透鏡，濾鏡，偏光以及相位補償鏡等，在光學回路中的發射，處理和接收等多個環節都有廣泛應用。
2.光學晶體材料
光學晶體的類型很多，從材料本質上說通常是金屬鹵化物晶體，氧化物晶體等。例如常見的氟化鎂晶體用于透過紫外光，氟化鈣晶體對于紅外光有良好的透過率，此外還有半導體硅晶體，砷化鎵，CdTe，YAG，二氧化硅，藍寶石等。特別是藍寶石晶體化學性質穩定，機械強度高，抗沖擊能力強，大量用于精密測量儀器，高功率激光，導彈制導，通訊導航以及光傳感等，應用非常廣泛。
為了保證較高的光透過率，減少色散等，用作光學介質材料的晶體材料通常以單晶為主，要求盡可能少的缺陷，特別是在激光領域以及精密光感儀器和測量領域，較少的缺陷就會對光透過質量和結果產生嚴重影響。
3.FEMAG解決方案
工業上晶體的生長多采用熔體生長法，例如光學晶體中應用比較廣泛的藍寶石，砷化鎵，硅等晶體，可以通過提拉法，泡生法，坩堝下降法，區熔法等晶體生長工藝進行生產，工藝的條件控制和爐體熱場流場分析對保證晶體質量有重要作用。
展開 光學行業FEMAG晶體生長數值模擬技術在光學行業的應用
光學行業FEMAG晶體生長數值模擬技術在光學行業的應用
1.晶體的光學應用
隨著科技的發展，光感技術，激光技術得到越來越廣泛的應用。生活水平的提高也使得人們對傳統的晶體光學折變特性提出了更高的要求，例如偏振鏡，濾光鏡等等應用場合越來越多。此外光存儲光傳輸等技術也以驚人的速度在普及。因此光學儀器和材料成為了一個非常具有前景的發展領域。
在光學領域中關鍵材料是光學晶體，按照用途可以分成光電晶體、聲光晶體、激光晶體、光折變晶體、非線性晶體等。光學晶體主要是指應用于光學回路中的晶體，如棱鏡，透鏡，濾鏡，偏光以及相位補償鏡等，在光學回路中的發射，處理和接收等多個環節都有廣泛應用。
2.光學晶體材料
光學晶體的類型很多，從材料本質上說通常是金屬鹵化物晶體，氧化物晶體等。例如常見的氟化鎂晶體用于透過紫外光，氟化鈣晶體對于紅外光有良好的透過率，此外還有半導體硅晶體，砷化鎵，CdTe，YAG，二氧化硅，藍寶石等。特別是藍寶石晶體化學性質穩定，機械強度高，抗沖擊能力強，大量用于精密測量儀器，高功率激光，導彈制導，通訊導航以及光傳感等，應用非常廣泛。
為了保證較高的光透過率，減少色散等，用作光學介質材料的晶體材料通常以單晶為主，要求盡可能少的缺陷，特別是在激光領域以及精密光感儀器和測量領域，較少的缺陷就會對光透過質量和結果產生嚴重影響。
3.FEMAG解決方案
工業上晶體的生長多采用熔體生長法，例如光學晶體中應用比較廣泛的藍寶石，砷化鎵，硅等晶體，可以通過提拉法，泡生法，坩堝下降法，區熔法等晶體生長工藝進行生產，工藝的條件控制和爐體熱場流場分析對保證晶體質量有重要作用。
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