8～12μm长波红外非线性晶体研究进展

中长波红外3～5μm、8～12μm波段激光在红外对抗、环境监测、医疗诊断等诸多领域均有重要应用.通过非线性频率变换技术是获得中长波红外激光的主要方式,红外非线性晶体是其中的核心部件.目前,3～5μm中波红外非线性晶体已基本满足激光的应用需求.随着近年来激光波长向长波红外的拓展,以及中/长波红外多波段融合技术的发展,迫切需要性能优异的长波红外非线性晶体.论文主要对目前已知8～12μm波段的长波红外非线性晶体进行梳理,并分别从晶体性能、制备技术以及激光应用等方面综述它们的研究进展,对比分析它们在长波红外波段的应用潜质以及存在的技术瓶颈,指出长波红外非线性晶体的重点研究方向.     

红外非线性光学晶体材料AgGaGeS4激光实验参数的模拟计算

在小信号近似下,对红外非线性光学晶体AgGaGeS4的非线性性质进行研究.模拟计算了钛宝石0.8 μm,Nd:YAG 1.064 μm泵浦下,Ⅰ类AgGaGeS4-OPO在XZ调谐面上的相位匹配情况,晶体波长调谐范围可达0.90～11.4 μm,调谐角19.7～59.3°,有效非线性系数随匹配角增大而逐渐降低.另外也计算了晶体激光倍频波波长和相位匹配角的关系,晶体调谐角度范围0～62°,波长1.5～10.6 μm,同时对倍频允许角及非临界准相位匹配(NCPM)下的情况也进行了探讨.所得结果可预测其非线性性质,并对探索AgGaGeS4晶体用于特定波长激光器,设计新波段提供了理论依据.     

光学超晶格:从体块到薄膜

光学超晶格是一种基于准相位匹配技术的非线性光学材料。通过铁电畴工程研制出不同微结构的光学超晶格,可以实现高效灵活的非线性频率转换,并对光场进行多维调控。光学超晶格的基质材料,经历了从体块到薄膜的发展,伴随着两种材料体系超晶格制备技术的突破,催生了激光变频技术、非线性光场调控和多功能集成光量子芯片等重要应用。     

红外非线性晶体材料AgGa1-xInxSe2的生长和性能表征

AgGa1-xInxSe2是近几年来研制的新型红外非线性光学晶体材料,其主要特点是借着Ga和In含量,即x值的变化,改变材料的折射率、双折射,实现三波共线非线性作用的非临界(90°)相位匹配.我们用垂直布里奇曼法生长单晶,获得了φ35mm×50mm的AgGa1-xInxSe2单晶棒.对生长出晶体棒In的浓度分布进行了测试.晶体元件用红外观察镜和分光光度计分别进行了观察和测试,晶体透光率良好.用一台TEA CO2激光泵浦一块5×6×16mm3的AgGa1-xInxSe2(x=0.3234)晶体元件,成功地实现了10.6μm非临界相位匹配倍频,输出5.3μm的中红外激光.     

超声速长波红外整流罩材料研究进展

采用长波红外制导的超声速导弹具有极佳的军事应用前景,但高速飞行的导弹整流罩会承受较高的气动冲击以及砂蚀、雨蚀,极易出现结构和光学性能失效,因此选择与服役环境相匹配的整流罩材料至关重要.基于上述应用现状,本文综述了目前主要研究的几种长波红外整流罩材料,对其光热理化性能及应用前景进行了分析,同时对几款整流罩材料或结构的发展方向进行了展望,旨在为超声速长波红外整流罩的选材提供技术参考.     

非线性晶体应用于中长波红外固体激光器的研究进展

中波红外3～5μm波段以及长波红外8～12 μm波段的激光处于大气传输窗口,在激光成像、环境监测、激光雷达、激光医疗、化学遥感和红外对抗等领域有着非常广阔的应用前景.基于非线性光学晶体,采用光学非线性频率变换技术在实现中长波红外固体激光输出方面具有明显的技术优势.该方法激光器结构简单,且晶体本身并不参与能量交换,因而没有量子亏损,从而产热很少.同时具有单色性好、宽调谐、高功率等优点.本文针对常用以及新型非线性光学晶体,对其应用于中长波红外固体激光器的研究进展做了详细的总结.     

基于周期性极化铌酸锂的波长可调谐光参量振荡器

本文报导了基于周期性极化铌酸锂(PPLN)波长调谐准相位匹配(QPM)的光学参量振荡器, 该光学振荡器是由一个声光Q开关连续二极管泵浦的Nd:VO4激光器所泵浦.采用温度、角度和周期调谐就能获得宽的波长调谐输出.论文对这几种调谐方式进行了分析比较,这对于实现宽波长、快速、连续调谐相干光源是有益的.     

新型AgGa1-xInxSe2晶体用于CO2激光倍频研究

本实验室用布里奇曼方法成功生长出有应用前景的新型四元非线性AgGa1-xInxSe2晶体,对晶体光学透过,红外低倍显微成像,反射损耗和吸收系数进行了研究和计算.基于纯AgGaSe2和AgInSe2的Sellmeier方程,用线性内插方法计算了不同In含量的AgGa1-xInxSe2在0.9～19μm的Sellmeier色散系数并建立了Sellmeier方程.计算和描绘了Ⅰ型相位匹配CO2激光二次谐波产生的调谐曲线,并标出我们的倍频实验数据.在近似非临界相位匹配条件下,进行了TEA CO2激光10.6μm在AgGa1-xInxSe2中的倍频实验研究,并与AgGaSe2进行了比较,测量的1#AgGa1-xInxSe2相位匹配角θ及相位匹配接收外角△θext·L分别为88.2°和7.7°·cm,AgGa1-xInxSe2的倍频效率比AgGaSe2高出近3倍.     

AgGaGeS_4晶体生长及性能研究

采用竖式布里奇曼法成功生长出大尺寸φ30 mm×80 mm的AgGaGeS_4单晶.X射线摇摆曲线测试结果表明该单晶结构完整.单晶元件在1.5～9.6 μm波段平均吸收系数约为0.25 cm~(-1),其中6.7～7.8 μm波段小于0.02 cm~(-1).制备的Ⅰ型相位匹配晶片元件(切角θ=43.5°, φ=0°,尺寸7 mm×7 mm×2.7 mm),在中心波长8.0305 μm基频光泵浦下,倍频输出了4.0153 μm红外激光,实验测得其实际相位匹配角为42.2°.利用波长2.05 μm、脉冲宽度20 ns的激光光源,测得其激光抗损伤阈值为270 MW/cm~2. 结合相图及温场分布对晶体生长过程中的关键问题进行了分析.     

中国科学院合肥物质科学研究院安徽光机所红外非线性晶体材料实验室

正红外非线性光学晶体在国防、环境和医疗等领域均具有重要应用。安徽光机所自上世纪80年代起,持续开展红外非线性晶体研制和光学性能研究,以"面向国家需求,瞄准红外非线性光学材料发展前沿,致力于材料学高技术集成与创新、新型红外非线性晶体材料探索、优质红外非线性晶体制备与器件化应用"为宗旨,研制出系列红外非线性晶体。研究方向:中、长波红外(3～5 μm、8～14 μm)非线性晶体制备和光学性能研究。图1 吴海信研究员实验室负责人吴海信