在追求更短波長激光，特別是深紫外（波長<200nm）激光的科技前沿，一種名為 CLBO（化學(xué)式 CsLiB?O??，硼酸銫鋰）的人工晶體正扮演著至關(guān)重要的角色。它如同精密激光系統(tǒng)的“光學(xué)心臟”，默默驅(qū)動著從尖端芯片制造到前沿科學(xué)探索的眾多關(guān)鍵應(yīng)用。

一、 何謂CLBO？非線性光學(xué)的精密“轉(zhuǎn)換器”

CLBO屬于非線性光學(xué)晶體家族。其核心能力在于能通過“非線性光學(xué)效應(yīng)”，高效地將輸入的常見波長激光（如紅外或可見光）變頻輸出為波長更短、能量更高的深紫外激光。這一過程本質(zhì)上是光子間的能量轉(zhuǎn)換與協(xié)同：

變頻原理： 當(dāng)強激光通過CLBO時，其內(nèi)部高度非對稱的晶格結(jié)構(gòu)（正交晶系）促使光波發(fā)生相互作用。最常用的是“和頻”與“倍頻”效應(yīng)：

• 倍頻： 兩個相同頻率的光子“融合”成一個頻率加倍（即波長減半）的新光子。

• 和頻： 兩個不同頻率的光子“融合”成一個頻率等于兩者之和的新光子。

相位匹配： CLBO晶體的獨特結(jié)構(gòu)使其能夠?qū)崿F(xiàn)優(yōu)良的“相位匹配”。這如同讓參與變頻過程的所有光波在整個晶體中保持“步調(diào)一致”，確保能量高效、持續(xù)地從輸入激光轉(zhuǎn)移到新產(chǎn)生的深紫外激光上，避免能量回流抵消。

二、 CLBO的核心優(yōu)勢：深紫外領(lǐng)域的“佼佼者”

在深紫外非線性晶體中，CLBO憑借多項關(guān)鍵性能脫穎而出：

卓越的深紫外輸出能力： 這是CLBO最耀眼的光環(huán)。它能高效產(chǎn)生低至 170-200nm 波段 的深紫外激光，且在此波段擁有極寬的相位匹配范圍和高光學(xué)均勻性。

超高激光損傷閾值： 相比其他深紫外晶體（如BBO），CLBO能承受更高的激光功率而不被損壞，這對于需要高功率深紫外光源的應(yīng)用（如工業(yè)加工、科研）至關(guān)重要。

較大的有效非線性系數(shù)： 衡量晶體變頻效率的核心參數(shù)。CLBO在此項指標(biāo)上表現(xiàn)優(yōu)異，尤其在深紫外區(qū)顯著優(yōu)于傳統(tǒng)晶體KDP。

適中的雙折射： 其雙折射特性既足夠?qū)崿F(xiàn)相位匹配，又不會導(dǎo)致光束過度分離，便于光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計。

寬透光范圍： 從約180nm（深紫外）到2750nm（中紅外）均有良好透過性。

三、 不可或缺的應(yīng)用場景

CLBO晶體的獨特性能使其成為多個尖端領(lǐng)域的核心光學(xué)元件：

半導(dǎo)體光刻的“幕后功臣”： 現(xiàn)代極紫外光刻機雖用13.5nm EUV光源，但在其復(fù)雜光源產(chǎn)生、掩模檢測等環(huán)節(jié)，高功率、窄線寬的深紫外（如193nm、213nm）激光源不可或缺。CLBO晶體正是產(chǎn)生這些關(guān)鍵深紫外激光變頻鏈中的核心一環(huán)。據(jù)統(tǒng)計，全球超過90%的深紫外固態(tài)激光光源依賴于CLBO晶體。

精密加工利器： 深紫外激光因其波長短、光子能量高、熱效應(yīng)小，特別適合超精細加工。CLBO驅(qū)動的深紫外激光器用于：

• 半導(dǎo)體/FPD行業(yè)：晶圓切割、鉆孔、微結(jié)構(gòu)加工。

• 醫(yī)療設(shè)備：精密手術(shù)、微創(chuàng)治療。

• 材料科學(xué)：微納加工、表面處理。

前沿科研的“探照燈”： 深紫外激光是探索物質(zhì)微觀世界的有力工具：

光譜學(xué)： 深紫外光可激發(fā)原子/分子的特定能級躍遷，用于高靈敏度檢測（如環(huán)境污染物、生物分子）。

光化學(xué)： 研究特定波長的光誘導(dǎo)化學(xué)反應(yīng)。

基礎(chǔ)物理： 高次諧波產(chǎn)生、阿秒脈沖產(chǎn)生等前沿研究需要高性能深紫外光源。

準分子激光器的“效率倍增器”： 在KrF（248nm）、ArF（193nm）等準分子激光器中，CLBO可用于提升效率和改善光束質(zhì)量。

四、 挑戰(zhàn)與未來

盡管性能卓越，CLBO也面臨挑戰(zhàn)：

• 潮解性： CLBO晶體易吸收空氣中水分而潮解損壞。這是其最顯著的缺點，必須嚴格封裝在干燥環(huán)境或惰性氣體中工作，增加了使用和維護成本及復(fù)雜性。

• 生長難度： 大尺寸、高光學(xué)質(zhì)量的CLBO晶體生長技術(shù)難度大、周期長，限制了其大規(guī)模、低成本應(yīng)用。

科研人員持續(xù)努力克服這些挑戰(zhàn)，如探索更優(yōu)化的防潮鍍膜技術(shù)、改進晶體生長工藝（如頂部籽晶法），并積極研發(fā)下一代性能更優(yōu)、更穩(wěn)定的深紫外非線性光學(xué)晶體。

結(jié)語

CLBO晶體，這顆深紫外激光領(lǐng)域的璀璨明珠，以其卓越的變頻性能，特別是輸出高功率深紫外光的獨特能力，成為支撐半導(dǎo)體光刻、高端制造和前沿科學(xué)研究的關(guān)鍵基石。雖然潮解性等挑戰(zhàn)猶存，但其在現(xiàn)有技術(shù)體系中的不可替代性以及在持續(xù)優(yōu)化中展現(xiàn)的潛力，確保了它作為“光學(xué)心臟”，在未來很長一段時間內(nèi)，仍將持續(xù)為人類探索微觀世界和驅(qū)動產(chǎn)業(yè)升級注入強大的深紫外光動力?？萍纪黄频恼魍荆加谶@樣一塊精密的晶體。