用于3～5μm中红外固体激光器的光学薄膜

文章介绍了一种3-5μm中红外固体激光器所用光学薄膜的制备过程,重点说明如何进行膜系设计、工艺实验等,研究的目的是最终使中红外激光器光参量振荡器中输入镜和输出镜的指标达到用户要求。     

1.3μm固体激光器研究进展

1.3μm波段固体激光器在多领域均有着重要作用,本文介绍了近20年来国内外不同晶体材料输出1.3μm波段激光的研究进展,包括几种常用的晶体如YAG、YVO₄、GdVO₄以及其他晶体。通过分析认为,对新材料、新机制的探索与应用是未来1.3μm波段激光器的主要发展方向。     

1.3414μm Nd:YAlO3激光泵浦的室温中红外Co:MgF2激光器

报道了1.3414μmNd:YAlO3激光端面泵浦的室温2.1000μmCo:MgF2脉冲激光的实验结果,得到了279.4mJ能量输出,器件斜率效率达23%,阈值能量为125mJ.     

1.3414μm Nd∶YAlO3激光泵浦的室温中红外Co∶MgF2激光器

报道了１３４１４μｍＮｄ∶ＹＡｌＯ３激光端面泵浦的室温２１０００μｍＣｏ∶ＭｇＦ２脉冲激光的实验结果,得到了２７９４ｍＪ能量输出,器件斜率效率达２３％,阈值能量为１２５ｍＪ。     

2μm波段固体激光材料的发展

本文综述了以Ho~(3-)、Tm(3+)为激活离子的2μm波段固体激光材料的发展,介绍了Cr,Tm,Ho:YAG,Cr,Ho:YAG和Tm:YAG等主要材料的激光特性和晶体生长方法,讨论了敏化作用和稀土离子宽带调谐激光原理。     

2μm波段陶瓷激光器的进展

介绍了在2μm波段陶瓷激光器的实验研究进展,主要包括高功率、高效率的Tm:YAG陶瓷激光器,半导体直接泵浦的Ho:YAG陶瓷激光器和Tm光纤激光泵浦的Cr2+:ZnSe烧结成型的陶瓷激光器,这些激光器的输出涵盖了2~2.4μm波段。由于2μm波段的激光陶瓷具有较长的上能级寿命和相对较低的声子能量,不仅在连续波输出时,而且在脉冲输出时具有潜在的高转换效率。还讨论了2μm波段陶瓷的光谱特性,以及这些特性对于2μm波段激光输出性能的影响。     

2μm全固态激光器的研究进展

近年来2μm波段的全固态激光器由于在测高、测距、大气遥感等方面具有重要的应用前景而引起了广泛关注。介绍了实现2μm激光输出的三个基本条件,综述了2μm全同态激光器的发展状况,对几种激光晶体进行了理论分析和实验对比,指出Tm,Ho：LuLF是今后2μm全固态激光器研究的一个发展方向。     

2μm光纤激光器的研究进展

近年来,2μm光纤激光器由于自身优点和重要应用价值受到人们的极大关注。综述了单掺Tm3 、单掺Ho3 和Tm3 :Ho3 共掺2μm光纤激光器的发展状况,分析提出1565nm抽运Tm3 :Ho3 共掺光纤激光器系统是产生2μm激光的较佳选择。     

8μm～14μm长波红外相干辐射技术

8μm~14μm长波红外相干辐射在大气激光遥感与通信、高分辨分子指纹光谱及国家安全等诸多领域具有重要应用价值。概述了几种可获得8μm~14μm相干辐射的光源, 主要有CO₂气体激光器、半导体量子级联激光器、红外自由电子激光器、红外超连续谱光源和非线性变频中红外固体激光器等。分别介绍了不同技术的基本原理及国内外进展, 并分析比较了各自的优缺点、发展方向及应用适用范围。其中, 非线性变频中红外固体激光器具有8μm~14μm连续调谐, 可飞秒、皮秒、纳秒及连续波运转, 重频1Hz~GHz可调的突出优势, 且全固化结构、可靠性高、光束质量好, 将成为发展实用化与精密化长波红外相干辐射光源的最佳选择。     

腔内OPO2μm脉冲激光器

设计了基于KTP晶体的内腔式光参量振荡(OPO)2μm脉冲激光器。理论计算了KTP-OPO波长调谐特性及相位匹配参数,采用电光调QNd:YAG1.064μm激光泵浦的KTP晶体,在XZ主平面内,实现了Ⅱ类相位匹配,选用Φ4mm光阑限制光束,分别对单块KTP和为补偿走离效应采用两块向对放置的KTP晶体进行了实验,获得了最高25mJ的脉冲2.12μm激光输出,电光转化效率1.14‰。     

2.79μm Er,Yb:GSGG中红外激光器理论研究

稀土Er3+离子以其能级结构丰富、可产生多种辐射波长而受到广泛的研究,在4I11/2态和4I13/2态之间跃迁产生的辐射波长位于2.7～3μm范围内,中心波长2.79μm的激光由于其波长的特殊性,此类激光器在医疗、非线性光学以及军事等方面具有重要的应用价值。选择Er,Yb:GSGG作为产生2.79μm激光的增益介质,通过一组联立速率方程组可以精确地描述其激光特性,在Er3+-Yb3+能级跃迁结构图的基础上,构建了该能级跃迁速率方程理论模型,为研究光场与物质原子体系相互作用提供了有效的方法,且因其简单直观而广泛应用于激光器特性研究中。最后,在此模型基础上进行了一定的数值模拟。     

具有3～5μm宽带光吸收特性的超导纳米线单光子探测器设计

与成熟的近红外波段设计相比,3～5μm波长范围内较低的光子能量对于超导纳米线单光子探测器(SNSPD)宽带光吸收特性设计提出了更高的要求。为此,提出了一种中红外波段SNSPD宽带光吸收特性设计方法。以加载SiO₂/Au反射腔的超窄纳米线结构SNSPD为例,在通过优化上下腔3层介质层厚度实现2个目标波长处阻抗匹配的基础上,引入介质层总厚度与谐振波长之比作为评价每个谐振波长处带宽特性的指标,更好地取得了阻抗匹配精度与带宽特性之间的平衡,从而达到了双宽带耦合谐振以拓展总体吸收带宽的目的。数值结果表明,所提SNSPD在2928～4856 nm波长范围内对电场分量平行于纳米线的入射光能够吸收至少50%。     

2μm声光Q开关

介绍了一种用于固体激光器调Q的2μm声光Q开关。首次使用"失配率"来表征声光器件的阻抗失配程度,并采用LC匹配网络使阻抗失配率从0.82降低到0,衍射损耗提高了1倍。该文还提出了通过减小声光介质的厚度来提高散热速率和产品可靠性的设计方案。该声光Q开关采用石英晶体作为声光互作用介质,通光方向长度45mm,有效光孔径φ3mm,在驱动功率80W时对2μm线偏光衍射损耗达到了88%。该器件用于Ho∶YA激光器中,在重复频率10kHz时,获得的单脉冲能量1.6mJ,脉冲宽度20ns。     

2μm波段激光薄膜的研制

概述了国内外关于～2μ波段发光的掺Tm^3＋,THo^3＋和Er^3＋等激光晶体镀膜的使用情况,结合我们实验室已有的工作基础,对其设计原理和制备工艺进行了详细分析,制备出了较高性能2．94μm的激光薄膜。     

3～5μm稀土离子掺杂中红外光纤激光器的研究进展(特邀)

3～5μm中红外波段是一个极特殊的电磁波谱区间,它不仅覆盖着众多分子与原子的本征吸收峰,同时还是大气透明窗口之一。此波段的激光器在气体探测、生物医疗、国防等众多领域都具有很大的应用前景。文中围绕常用于3～5μm光纤激光产生的三种稀土离子(即Er³⁺、Ho³⁺和Dy³⁺),对基于这些离子掺杂的连续和脉冲中红外光纤激光器的发展现状进行了梳理,最后对3～5μm掺稀土离子光纤激光器的发展进行了展望。     

2μm波段激光器的发展状况

讨论了产生2μm激光的两种方式,结合最新的相关文献分别对直接泵浦的2μm全固态激光器和2μm光学参量振荡器(OPO)的发展状况进行了详细的论述,并指出了2μm激光的应用前景。     

1.444μm Nd:YAG脉冲激光器的理论研究

为了研究Nd:YAG激光器1.444μm激光的脉冲输出,依据速率方程理论,建立了1.444μm Nd:YAG脉冲激光器的理论模型,分析了Nd:YAG晶体中其它受激发射截面较高的谱线不产生激光振荡的条件,并在脉冲抽运情况下模拟了1.444μm和1.064μm双波长激光输出。模拟结果表明,1.064μm激光一定范围内的微弱振荡对1.444μm激光输出没有显著影响。建立一维数值模型计算了放大自发辐射(ASE)对激光输出的影响,在晶体表面反射率为0的理想状况下,ASE对激光输出的影响小于2%,可以忽略。     

2μm激光探测器的设计和制备

通过分析2μm波长的差分吸收雷达(DIAL)用于测量大气气象参数和CO2分布等测量对激光探测器的技术要求,介绍了相应的2μm波长光电二极管探测器的技术指标.根据该指标进行了器件的材料、材料结构和器件结构设计.其外延材料采用了In1-xGaxAaxAsyP1-y系列结构.为了减小暗电流和噪声,器件结构借用InGaAs雪崩管的分离吸收区和倍增区结构,把PN结放在具有宽带隙的InAs1-yPy中,光吸收在窄带隙的In1-xGaxAs中.最后,简略介绍了该器件的制备工艺和技术.     

2μm光纤激光器的研究进展

近年来,2μm波段的光纤激光器由于在测高、测距、大气遥感等方面具有重要的应用前景而引起了广泛关注.光纤激光器以其耦合效率高、散热好、转换效率高、阈值低、光束质量好和窄线宽等优点在激光领域中占据了重要的地位.介绍了实现2 μm激光输出的3个基本条件,并分别介绍了单掺Tm3+与Tm3+,Ho3+共掺2μm光纤态激光器的发展状况,指出掺Tm3+光纤激光器2 μm连续激光输出能量应该还有很大的提升空间,在脉冲输出方面,Tm3+、Ho3+共掺激光器是一个今后研究的热点.