大功率CO2激光器倍频晶体综述

介绍了中红外激光的产生方式以及各种中红外激光器的特点。结合CO2激光器倍频产生中红外的优点,重点讨论了CO2激光器倍频晶体的性能。对常用的双折射相位匹配(BPM)倍频晶体和准相位匹配(QPM)倍频晶体性能进行了比较分析。展望了高功率CO2倍频激光器的发展需要解决的问题及可能的技术途径。     

中红外激光技术研究进展

中红外激光技术在激光通信、遥感技术、光谱分析和军事等方面都有重要的作用.介绍了产生中红外激光的各种方式,综述了其技术特点和进展情况.首先介绍了线性光学方法产生中红外激光的技术,如固体激光器、半导体量子级联激光器、自由电子激光器、化学激光器等的进展;然后对基于物质二阶非线性作用产生中红外激光的光学倍频激光器和光参量激光器的进展进行了介绍;最后讨论了中红外激光技术的现状和发展趋势.     

中红外激光技术及其进展

3～5μm波段激光在民用和军用两方面都具有重要作用.文中简要介绍了产生中红外激光的各种方式,并分析其优缺点,从两个方面综述了中红外激光源的进展情况.首先介绍了半导体量子级联激光器、固体激光器、自由电子激光器、化学激光器、气体激光器等线性光学方法产生中红外激光的进展;然后对基于物质二阶非线性作用产生中红外激光的光学倍频、差频和光参量激光器的进展进行了介绍;最后指出了中红外激光技术的发展方向.     

中红外半导体激光器合束技术研究进展(特邀)

中红外半导体激光器体积小、效率高,在环境检测、空间通讯及军事国防等领域具有重要的应用前景。但是中红外半导体激光器单元器件输出功率低,限制了其在以上领域的应用。激光合束技术是能够实现中红外半导体激光器功率提升的重要途径。文中详细介绍了几种用于中红外半导体激光器的合束方法及中红外半导体激光器合束方面的最新进展。     

中红外可调谐量子级联激光器研究进展

量子级联激光器(QCL)是中红外波段重要的激光光源,其中,可调谐中红外量子级联激光器具有单纵模、频率可调谐的优点,成为目前研究的热点。可调谐中红外量子级联激光器主要通过分布反馈(DFB)光栅、分布布拉格反射(DBR)光栅、外腔衍射光栅等方法实现。本文介绍了中红外量子级联激光器的基本原理,分别归纳、总结了近年来DFB、DBR可调谐量子级联激光器以及外腔可调谐量子级联激光器的研究进展,讨论了各种可调谐方法的优缺点。最后,对可调谐量子级联激光器的发展趋势进行了展望。     

纳秒量级光参量放大技术研究进展

基于非线性频率变换技术的中红外固体激光器,受限于光学晶体的损伤阈值、镀膜工艺和逆转换效应,输出功率相对较低,而光参量放大技术可以有效改善这个问题。介绍了光参量放大技术的典型结构、特点以及常用光学晶体,评述了光参量放大技术提高纳秒量级中红外固体激光器输出功率的研究进展,分析了光参量放大技术在提高纳秒量级中红外固体激光器输出功率方面面临的挑战。     

用于光电对抗的高重频中红外激光器综述

高重频中红外激光器在光电对抗及其它领域具有重要的应用价值,其输出的激光波长覆盖了3μm～5μm,主要包括直接抽运式高重频中红外固体激光器、高重频中红外光纤激光器和高重频中红外光学参量振荡器3种类型.介绍了产生高重频中红外激光的主要技术方案,并讨论了上述3种类型激光器的相关进展状况.最后,对各种技术所存在的问题和未来的发...     

中红外波段超快光纤激光器研究进展

近年来中红外超快锁模激光器发展极为迅速,有效地推动了中红外超快激光在中红外频率梳和分子光谱学、材料加工和激光手术、分子生物和化学等领域的应用。从近年来中红外超快光纤激光器的进展开始,介绍了该波段各类光纤激光的进展,并分析了如何从动力学调控上实现更窄脉宽、更远波长的技术方案;系统介绍了中红外光纤放大器中啁啾脉冲放大和非线性放大技术。综合来看,中红外超快光纤激光器正处在高速发展阶段,未来具有极高的应用价值。     

中红外固体激光技术研究进展

波长在3～5mm波段的中红外激光由于处于大气窗口波段,同时又是众多原子及分子的吸收峰,因此在光谱学、医学、通信、遥感、环境监测及红外对抗领域有着广泛而重要的应用前景。目前,固体激光器实现中红外激光输出的途径按照工作介质划分主要包括以Fe:ZnSe晶体为代表的过渡金属掺杂硫族化合物激光器、以MgO:PPLN晶体为代表的光参量振荡器,及以ZGP晶体为代表的光参量放大器3种类型。本文分别介绍它们的技术路线及近年来的最新研究进展,讨论了高能高功率中红外固体激光器的关键技术问题,并对其发展趋势进行了展望。     

Tm∶YAP激光器泵浦8 μm光参量振荡器

简要介绍了长波红外激光应用和技术发展状况,采用Tm∶YAP激光器泵浦光参量振荡器(OPO)的技术途径,获得了0.8 W的长波红外激光输出,输出波长峰值位于8.1μm,光参量振荡器的光转换效率为6%,输出斜效率为6.9%。     

Tm3+/ Ho3+离子掺杂中红外超快激光技术研究进展（特邀）

稀土离子Tm3+/ Ho3+ 掺杂中红外2 μm波段超快激光由于广泛的应用前景成为近十余年来激光领域的研究热点之一。文中首先综述了稀土离子Tm3+/Ho3+掺杂固体/光纤2 μm波段超快激光锁模技术进展,包括主动锁模技术以及饱和吸收、克尔透镜、非线性偏振旋转、非线性光环形镜、非线性多模干涉等被动锁模技术;其次,结合激光增益介质及色散管理技术回顾了Tm3+/ Ho3+掺杂固体和光纤锁模激光脉冲宽度压缩进展;再次,总结了Tm3+/ Ho3+大能量/高功率超快激光技术及进展;最后,对2 μm波段超快激光发展趋势进行了总结和展望。     

室温脉冲Fe2+:ZnSe中红外激光特性研究

处于3~5m波段的激光源在遥感、环境保护、医疗、通信和红外对抗等民用和军用领域都有广阔的应用前景。Fe2+:ZnSe晶体由于在材料特性和光学特性等方面都具有明显优势,是3~5m波段极具潜力的激光介质之一。在室温条件下利用自制非链式脉冲HF激光器作为泵浦光源,对晶体直径为10 mm,厚度1 mm,Fe2+离子掺杂浓度为31019/cm3的Fe2+:ZnSe晶体进行了研究,获得了中心波长4 295 nm、最大输出能量78.8 mJ的中红外激光输出。输出激光能量相对于晶体吸收泵浦能量的转换效率为27.7%,斜率效率达28.8%。采用小角度（3）斜入射的方案很好地解决了Fe2+:ZnSe激光器谐振腔镜镀膜问题。     

Tm3+/Ho3+共掺碲酸盐玻璃的中红外发光及能量传递机理

用高温熔融法制备了Tm3+/Ho3+共掺碲酸盐玻璃(TeO2-ZnO-Na2O),根据测量得到的吸收光谱,应用Judd-Ofelt理论计算分析了玻璃样品中Ho3+离子的强度参数Ωt(t=2,4,6)、自发辐射跃迁几率A、荧光分支比β和荧光辐射寿命τrad等各项光谱参数。同时,测量得到了不同Ho3+离子掺杂浓度下玻璃样品的荧光发射谱。结果显示,在808nm抽运光激励下Tm3+/Ho3+共掺碲酸盐玻璃样品发射出较强的2.0μm中红外荧光。分析表明,较强的Ho3+离子中红外荧光来自于Tm3+/Tm3+离子间共振的能量传递过程,以及Tm3+/Ho3+离子间基于零声子和单声子辅助非共振的两部分能量传递过程。由此进一步计算得到了Tm3+/Tm3+、Tm3+/Ho3+离子间的能量传递微观速率、临界半径和声子的贡献。最后,计算分析了Ho3+…5I7→5I8能级间跃迁的2.0μm波段吸收截面、受激发射截面和增益系数。研究表明,Tm3+/Ho3+共掺TeO2-ZnO-Na2O玻璃可以作为2.0μm波段中红外固体激光器的潜在增益基质。     

Transition metal-doped zinc chalcogenides: spectroscopy and laserdemonstration of a new class of gain media

The absorption and emission properties of transition metal (TM)-doped zinc chalcogenides have been investigated to understand their potential application as room-temperature, mid-infrared tunable laser media. Crystals of ZnS, ZnSe, and ZnTe, individually doped with Cr²⁺, Co²⁺, Ni²⁺, or Fe²⁺ have been evaluated. The absorption and emission properties are presented and discussed in terms of the energy levels from which they arise. The absorption spectra of the crystals studied exhibit strong bands between 1.4 and 2.0 μm which overlap with the output of strained-layer InGaAs diodes. The room-temperature emission spectra reveal wide-band emissions from 2-3 μm for Cr and from 2.8-4.0 μm for Co, Cr luminesces strongly at room temperature; Co exhibits significant losses from nonradiative decay at temperatures above 200 K, and Ni and Fe only luminesce at low temperatures, Cr²⁺ is estimated to have the highest quantum yield at room temperature among the media investigated with values of ~75-100%. Laser demonstrations of Cr:ZnS and Cr:ZnSe have been performed in a laser-pumped laser cavity with a Co:MgF₂ pump laser. The output of both lasers were determined to peak at wavelengths near 2.35 μm, and both lasers demonstrated a maximum slope efficiency of approximately 20%. Based on these initial results, the Cr²⁺ ion is predicted to be a highly favorable laser ion for the mid-IR when doped into the zinc chalcogenides; Co²⁺ may also serve usefully, but laser demonstrations yet remain to be performed     

掺铒硫系玻璃光纤的中红外增益特性模拟研究

实验制备了Er3+掺杂质量分数为1%的Ga5Ge20Sb10S65硫系玻璃,测试了其折射率、吸收光谱和荧光光谱,利用Judd-Ofelt和Futchbauer-Ladenburg理论计算了Er3+离子的自发辐射几率、吸收截面和受激发射截面等光谱参数。在综合考虑Er3+离子的交叉弛豫、能量上转换和激发态吸收效应的基础上,应用四能级粒子数速率-光功率传输方程模型,模拟计算了Er3+掺杂Ga5Ge20Sb10S65硫系玻璃光纤的中红外2.74μm波段的增益特性。结果显示,Er3+掺杂硫系玻璃光纤在2.74μm中红外波段具有较高的信号增益和较宽的增益谱,最大增益值和20dB增益带宽分别超过了40dB和200nm,表明其是可用于中红外2.74μm波段宽带放大的理想增益介质。     

Cr,Nd:YAG晶体获得自调Q单纵模激光输出

用钛宝石激光器泵浦单块Cr4+,Nd3+:YAG晶体获得了1.064μm的自调Q激光输出。激光输出的模式是稳定的单纵模,泵浦的阈值功率为90mW,脉冲宽度(FWHM)为12ns,斜率效率高达22%。这种把激光增益介质和可饱和吸收体结合到一起的自调Q激光晶体的研究将有利于固体激光器的全固化、集成化和实用化。     

双掺Mg：Fe：LN晶体中构造光子晶格的实验研究

为了提高光子晶格的衍射效率,加快晶格写入时间,尝试在掺Fe浓度相同的双掺Mg：Fe：LN晶体（ Fe：0.03 wt.%, Mg：2.0 mol）和Fe：LN晶体（ Fe：0.03 wt.%）中分别用λ为488 nm半导体激光器和532 nm Nd：YGA固体激光器写入一维光子晶格,对比研究了两晶体内光子晶格最大衍射效率η和时间t的关系。实验结果表明,在双掺Mg：Fe：LN晶体内写入光子晶格时间比Fe：LN晶体所需时间短、衍射效率高。     

LD泵浦的1.3at.%Er3+: CaF2中红外高功率固体激光器（特邀）

3 μm波段激光是高精度外科手术的理想光源,也可作为长波中红外光参量振荡器的有效泵浦源。LD直接泵浦Er3+掺杂晶体是获得2.7~3 μm波段中红外激光的有效技术途径,具有成本低、结构紧凑简单等优点。由于Er3+ 2.8 μm激光下能级阻塞问题,一般需要高浓度掺杂,但高浓度掺杂易引起强烈的光吸收,增强了激光晶体的热效应,从而阻碍了激光功率的提升。低声子能量的氟化钙晶体特有的萤石型结构使得三价稀土离子极易形成“团簇”,将低浓度Er3+掺杂到氟化钙晶体中即可获得高效率的中红外激光增益介质。笔者课题组使用温度梯度法成功生长了低浓度掺杂1.3at.%Er3+: CaF₂激光晶体,利用LD直接泵浦获得了2.2 W的中红外激光输出,这是目前利用LD端面泵浦同类晶体中的最高中红外激光输出功率。同时,文中还对上转换泵浦方式下该晶体的2.8 μm激光特性进行了研究。实验结果表明,低浓度掺杂的1.3at.%Er3+: CaF₂晶体是一类具有产业化前景的中红外激光材料,有望推动长波中红外激光器向着结构紧凑、成本低的方向发展。     

Fe:ZnS/ZnSe中红外固体激光器研究进展

高性能中红外激光在军事对抗、生物安全、环境科学等领域有重要的应用价值。Fe:ZnS/ZnSe具有长输出波长、宽吸收带和发射带的特点,是实现高性能、宽调谐3μm~5μm激光输出的最有效激光介质。介绍了Fe:ZnS/ZnSe的光谱和热动力学特性,评述了Fe:ZnS/ZnSe在低温和常温下激光输出性能方面的最新进展,分析了Fe:ZnS/ZnSe激光器在功率、能量提升以及室温运转方面面临的科学挑战。     

Yb3+/Er3+共掺ZnF2粉末上转换发光特性研究

为了研究ZnF₂作为基质材料、稀土离子Yb3+和Er3+共掺摩尔分数不同时的发光性能,采用高温固相法,在820℃时制备稀土掺杂ZnF₂样品,并对各个样品进行上转换发射光谱测试。将激发功率与上转换发射功率进行曲线拟合,确定Yb3+和Er3+光子吸收过程。结果表明,在980nm半导体激光器激发下,样品在可见光区域内存在533nm,555nm和655nm 3个上转换发射峰,发射的红光强度大于绿光强度,吸收光子数目依次为1.73,1.75,1.88,确定3个发射峰均对应于双光子吸收。此研究说明稀土离子掺杂ZnF₂材料将在上转换红色荧光粉领域有重要的应用前景。