远红外固体激光器研究进展

8～12μm波段是大气的一个窗口,被定义为长波红外波段。该波段激光对雾、烟尘等具有较强的穿透力,在激光光电对抗、激光遥感、医疗、环境监测及光通讯领域具有重要的应用前景。本文调研了常用的8～12μm非线性频率变换晶体,以及基于非线性频率变换晶体的远红外光参量振荡器的研究进展,对国内外能实现8～12μm波段激光输出的非线性晶体及激光系统进行了系统地归纳和总结,通过分析比较得出在8～12μm波段获得的最大输出能量为毫焦量级,最大功率为瓦量级。国内该技术与国外有着不小的差距,主要受制于高重频、高功率脉冲1～3μm泵浦源技术不成熟及高性能非线性晶体材料研制基础薄弱,我国在长波远红外固体激光器领域研究进展缓慢,因此研制大尺寸、高质量远红外激光晶体及输出波长更长的远红外高功率激光器已经成为激光器未来发展方向之一。     

中红外激光晶体Dy:PbGa2S4的生长与器件制备

镝掺杂硫镓铅(Dy:PbGa2S4,Dy:PGS)晶体是一种性能优良、具有潜在应用价值的中红外激光介质材料.为推动该晶体的实用化研究,迫切需要制备出大尺寸高品质Dy:PGS单晶.本研究采用自制的双温区管式炉成功合成Dy:PbGa2S4多晶,单次合成量达到230 g;首次采用竖直梯度冷凝法制备该晶体并成功生长出大尺寸高质量Dy:PbGa2S4单晶,尺寸达到φ27 mm×100 mm;通过切割和抛光等处理工艺,成功加工出Dy:PbGa2S4晶体器件,为下一步的激光应用研究打下了坚实基础.     

新型红外非线性光学晶体BaGa2GeSe6的生长与器件制备

钡镓锗硒(BaGa₂GeSe₆,BGGSe)晶体是由中国科学家发明的一种性能优异的新型红外非线性光学材料.目前国内未见到关于该晶体的大尺寸制备报道.本研究采用自制的双温区管式炉成功合成出BGGSe多晶,单次合成量达到400 g;采用坩埚下降法生长出大尺寸高质量BGGSe单晶,尺寸为φ30 mm×90 mm,为国内首次;通过定向、切割和抛光等处理工艺,成功制备出BGGSe晶体器件,为该晶体下一步的应用研究打下了坚实基础.     

硫镓银晶体(112)面蚀坑形貌研究

本文报道了一种能在室温下对硫镓银晶体(112)面进行择优腐蚀的新腐蚀液配方,采用新腐蚀液对改进的Bridgman法生长的AgGaS2晶体进行腐蚀,用扫描电镜对蚀坑进行了观察,得到了清晰的(112)面蚀坑形貌,形状为三角锥形.初步解释了蚀坑的形成原因.AgGaS2晶体低指数的{100}面的腐蚀速度较慢,在腐蚀过程中逐渐显露出来,最终使晶体(112)面呈现出三角锥形蚀坑形貌.     

AgGa0.2In0.8Se2晶体小温度梯度生长与性质表征

利用单温区机械振荡法合成出高纯单相AgGa0.2In0.8Se2多晶,单次合成量超过400 g;DSC测试结果显示其熔点为782℃,结晶温度为771℃.利用坩埚下降法在小温度梯度(2℃/cm)下生长出尺寸为φ25 mm× 75 mm高品质无开裂AgGa0.2In0.8Se2单晶.解离面(112)面摇摆曲线半峰宽为0.056°.厚度为3 mm双面抛光的(112)面晶片在1.5～18 μm波段透过率为65.0; ～ 67.5;,表明所生长AgGa0.2In0.8Se2晶体具有较低的吸收系数,为0.01 ～0.1之间.     

新型红外非线性光学晶体SrCdGeSe4生长与性质表征

锶镉锗硒(SrCdGeSe4)晶体是近期被发现的一种性能优异的新型红外非线性光学材料.本研究采用自制的双温区管式炉成功合成出SrCdGeSe4多晶,单次合成量达到300 g;采用坩埚下降法首次生长出SrCdGeSe4单晶,尺寸为φ27 mm×80 mm;通过定向、切割和抛光等程序,得到几个不同尺寸的定向SrCdGeSe4晶片,选取一片8×8 ×2 mm3双面抛光(110)晶片测试了摇摆曲线、红外透过光谱和激光损伤阈值.结果 显示:(220)摇摆曲线半峰宽为44.8",该晶体的短波透过截止边为596 nm,且在1～ 14 μm波长范围内透过率超过68;;另外,晶体在Nd∶ YAG脉冲激光,脉宽5 ns,重复频率1 Hz,光斑直径0.15 mm测试条件下,激光损伤阈值为530 MW/cm2.     

石英安瓿下降法生长硫镓银晶体的研究

分析了硫镓银晶体的反常热膨胀,主要是由于晶体结构中Ag,Ga,S三种原子形成的四面体随着温度变化发生了畸变;通过采用改变生长安瓿的直径和壁厚,并在生长安瓿外面加一层套管的方法来减小晶体在降温过程中的反常热膨胀作用,有效避免了反常热膨胀可能造成的晶体破裂现象,生长出了完整性较好的大尺寸硫镓银单晶体.     

硫镓银晶体活化能研究

本文利用差示扫描量热法对硫镓银进行了热分析动力学研究.采用动态多重扫描速率法测试了AgGaS2在三个不同升温速率5K/min、10K/min和15K/min下的DSC曲线,得到一系列动力学参数.利用FWO模型和Kissinger模型计算出的AgGaS2析晶活化能分别为511.3kJ/mol和517.8kJ/mol,用Kissinger模型公式计算出了指前因子A=1.69×1022min-1.这对于了解晶体的结晶动力学特性,生长大尺寸、高质量的AgGaS2晶体有重要意义.     

大尺寸ZnGeP2单晶生长与大尺寸晶体器件制备

磷锗锌(ZnGeP2,ZGP)晶体是一种性能十分优异的中红外非线性光学材料.本研究采用自制的双温区管式炉成功合成出高纯ZGP多晶,单次合成量达到600 g;采用超微梯度水平冷凝法(0.5 ～1℃/cm)成功生长出55 mm×30 mm×160 mm的大尺寸ZGP单晶;通过工艺优化、定向、切割、退火、抛光和高能束流辐照等处理工艺,成功实现大口径(12 mm×12 mm ×50 mm) ZGP晶体器件制备,器件在2.09 μm的吸收系数仅为0.03 cm-1,可以用于大能量和高平均功率红外激光输出.