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.     

编者按

正中红外激光与非线性光学晶体在红外对抗、反恐、生物医疗、环境监测、光通讯、强场物理、激光聚变及中远红外(非线性频率转换)基础光源等方面具有重要应用,伴随半导体激光(laser diode,LD)、固体和光纤激光(含谐振泵浦)泵浦源技术的发展,已然成为激光和非线性晶体的主流发展方向之一,这类晶体也成为了激光材料的研究热点。为促进学术交流,本期特别推出"中红外激光与非线性光学晶体"专栏,邀请了国内有影响力的中青年专家学者撰写了有关文章,择要介绍如下。在中红外波段,考虑到宽吸收带、大吸收截面、长的上能级寿命(ms～数十ms)以及离子交叉弛豫、量子效率增高、LD泵浦源成熟等综合因素,2μm波段的Tm~(3+)、Ho~(3+)和3μm波段的Er~(3+)是中红外波段     

长波红外用准相位匹配材料研究进展

8 ～ 12 μm长波红外波段激光在红外对抗系统、测距和瞄准系统、痕量气体监测、频谱分析和无线通信等多个领域具有重要的应用价值.随着红外固体激光器的波长不断向长波长扩展,急需长波红外非线性光学材料.但是CdSe、GaSe、ZnGeP2、AgGaSe2、LiInSe2、CdGeAs2、BaGa4Se7等非线性光学晶体受长波红外透过率、非线性系数、热导率、泵浦源波长的影响,而通过发展OP-GaAs、OP-GaP、OP-ZnSe等性能优异的准相位匹配材料来实现长波激光输出有望克服上述材料的缺点.本文主要对长波红外用准相位匹配材料进行梳理,分别从材料性能、制备技术,以及激光应用等方面综述它们的研究进展并对其应用潜质和技术瓶颈进行分析.     

红外非线性光学晶体研究进展

利用红外非线性光学晶体对可见或近红外激光进行频率下转换,是获取3μm以上中远红外激光的重要途径。本文从红外技术的发展对红外非线性光学材料提出的要求出发,系统地综述了非氧体系的红外非线性光学晶体的性能特点以及研究进展。介绍了单晶材料ZnGeP2、CdSiP2、LiInS2系列晶体及BaGa4S7、BaGa4Se7、AgGaGeS4、AgGaGe5Se12、AgGaxIn1-xSe2和GaS0.4Se0.6,以及以OP-GaAs为代表的周期结构准位相匹配材料的研究进展。最后,本文指出了目前红外非线性光学晶体研究领域存在的问题和发展趋势。     

四配位硫属中红外非线性光学材料结构-性能分析

中红外非线性光学晶体通过典型的变频技术可高效输出中红外激光,是中红外激光器的重要部件,在军事和民用领域有着广泛的应用.目前有实际应用前景的中红外非线性光学材料大多是由四面体基元构成结构框架的四配位硫属化合物.本文回顾了21种代表性四配位硫属化合物的晶体结构、光学性能,以及理论计算结果,分析总结了四配位硫属中红外非线性光学晶体的晶体结构与光学性能之间的关系,这对探索性能优异的新型中红外非线性光学晶体具有重要指导意义.     

砷化锗镉晶体的合成与生长

砷化锗镉(CdGeAs2)晶体是一种重要的中远红外波段非线性光学晶体,非线性光学系数高达236pm/V[1]。此外,晶体的透光波段宽(2.4~18μm)[2],双折射率适中(ne-no=0.1)·K)[3],具有广泛的应用前景。本文采用单温区法合成了CdGeAs2多晶原料。采用可视温梯冷凝法生长了大尺寸,低吸收系     

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.     

新型可实用化红外非线性光学晶体研究进展

红外非线性光学晶体可以变频输出中远红外激光,在国防和民用方面都有重要应用.本文综述了近十年来发现的具有实用前景的新型红外非线性光学材料的研究进展,主要讨论已经获得较大尺寸单晶的新材料.这些晶体具有优秀的综合性能,包括足够大的非线性光学系数,宽的红外透过范围,合适的双折射,较好的单晶生长习性和稳定的物化性质.本文将从晶体结构、晶体生长、物化性能、红外激光输出等方面进行综述,并对红外非线性光学晶体未来的发展方向做出一定的讨论.     

硫属卤化物红外二阶非线性光学晶体材料的研究进展

对二阶红外非线性光学晶体材料的研究是当前激光及非线性光学领域研究的重点、难点和热点之一.由于满足应用需求的材料比较缺乏,很有必要从源头上探索潜在的新型红外非线性光学晶体材料.硫属化合物和卤化物是红外非线性光学晶体新材料探索的主要体系,前者一般表现出大的倍频效应和宽的红外窗口,后者则多具有大的光学带隙,即高的抗激光损伤阈值.结合两者的优势,有望获得综合非线性光学性能优异的新材料.在此背景下,本文综述了近期硫属卤化物红外非线性光学晶体材料的研究现状,包括含S8单元的卤化物、包盐硫属卤化物和钡基硫属卤化物.这些硫属卤化物的粉末样品大都表现出优异的非线性光学性能.最后,本文讨论了该方向未来研究的机会和重点.     

中红外非线性光学晶体的研究进展

本文综述了几种重要的中红外非线性光学晶体的研究进展,分别详细介绍了各自的结构特点、非线性性能以及他们在频率变换方面的重要应用.提出了在中红外非线性光学晶体生长中遇到的困难,并探讨了解决问题的途径.认为生长性能优异、足够尺寸的红外非线性光学晶体具有非常重要的应用价值,并对中红外非线性光学晶体的研究进行了展望.