安徽光机所在长波红外CdSe光参量振荡器中获进展

长波红外(8~15μm)波段又称为红外窗口,因此该波段的激光在大气中能够低损耗地传输,这就使得长波红外激光具备获得广泛应用的天然优势。第一,该波段激光涵盖了多种气体的特征吸收谱,因此可以用于痕量气体探测,在呼吸系统医疗检测、化合物探测等方面的实际应用引起产业界的关注。第二,由于长波红外激光在大气中的分子吸收系数和米散射系数较低,因此具备更强的穿透雾霾能力,再加上较快的激光调制,可用于自由空间光通信的信息载体。第三,长波红外激光可用作红外光电对抗的光源,特别是随着长波红外探测器的技术发展,对相应波段的对抗光源的需求与日俱增。

在长波红外光源的产生方式上存在多种手段:比如CO2激光器可实现百瓦级的高功率,但输出波长截止于11μm左右;量子级联激光器能够输出宽波段激光,且最长波长可达300μm以上,但峰值功率太低。而以光参量振荡(OPO)为代表的的非线性波长变换技术,其输出激光可兼具高峰值功率、宽光谱、波长长的特点,特别是通过调节OPO晶体的角度可以实现输出激光波长的实时调谐。长波波段的OPO晶体中,最常用的当属磷锗锌(ZnGeP2或ZGP)晶体,但该晶体的透过波段截止于12μm左右,从实际应用效果上看,当输出波长超过10μm,激光的转换效率将大幅下降,这限制了ZGP晶体在更长波长的激光器上的应用,促使研究人员将目光转向了硒化镉(CdSe)晶体,因为CdSe晶体的透光波长更长。

目前,激光技术领域的研究人员已在CdSe晶体非线性波长变换技术上展开不少研究。魏磊等人的研究选用CdSe晶体作为长波激光材料,以2.05μm的掺钬氟化钇锂(Ho:YLF)脉冲激光泵浦CdSe OPO,获得了长波红外激光输出。

据麦姆斯咨询报道,近期,中国科学院安徽光学精密机械研究所中国科学院大气光学重点实验室魏磊等研究人员与多方共同在《中国激光》期刊上发表了以“长波红外CdSe光参量振荡器”为主题的论文。

长波红外激光器结构

该论文设计并搭建了2.05μm Ho:YLF激光泵浦长波CdSe光参量振荡器的实验装置,输出了峰值波长为12.5μm的高重频长波红外激光。激光器在重频5kHz时的平均功率最高达526mW,Ho:YLF激光到长波激光的光光转换效率为1.46%,斜效率为23.4%,激光单脉冲宽度为24.4ns,单脉冲能量为0.1mJ,单脉冲峰值功率为4.3kW,X方向的光束质量因子为4.3,Y方向的光束质量因子为3.2。

论文最后总结道,本研究提供了2μm Ho:YLF光源泵浦的长波CdSe激光器方案并进行了实验验证。激光器采用水冷方式对产热的光学元件进行控温,实现了12.5μm的长波激光,输出平均功率最高值为526mW@5 kHz,光光转换效率为1.46%,斜效率为23.4%,激光单脉冲宽度为24.4ns,单脉冲能量为0.1mJ,单脉冲峰值功率为4.3kW,X方向的光束质量因子为4.3,Y方向的光束质量因子为3.2,通过调谐CdSe晶体的相位匹配角,实现了激光波长最大值为12.8μm。验证了通过CdSe晶体的非线性频率变换过程实现12μm以上的长波激光的可行性,为实现更长波长的激光输出做了有益的探索。 该项目获得中国科学院大气光学重点实验室开放课题基金的支持。

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