研究背景及概述
中紅外波段通常指2.5~25μm的電磁波譜范圍。中紅外波段包含大氣傳輸窗口,并且許多氣體分子的振動吸收峰、有機官能團和化學鍵的指紋譜位于中紅外波段,因此在光電對抗、氣體檢測、生物醫(yī)學、遙感探測等領(lǐng)域都具有廣泛的應用前景?;诜蔷€性光學頻率變換技術(shù)的中紅外固體激光源具有調(diào)諧范圍寬、調(diào)諧方式簡單的優(yōu)勢,同時其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊,可在室溫條件下運轉(zhuǎn),穩(wěn)定性高?;诖祟惣す庠串a(chǎn)生的可調(diào)諧中紅外激光可用于材料特性研究、紅外激光吸收光譜測量、高光譜成像等領(lǐng)域。
非線性晶體是非線性光學頻率變換技術(shù)的核心器件,其物理與光學特性直接影響激光源的輸出性能。相比于氧化型晶體,非氧化型晶體在4μm以上受多聲子吸收效應影響較小,其在寬帶調(diào)諧中紅外激光產(chǎn)生方面具有顯著優(yōu)勢。隨著材料科學與晶體生長技術(shù)的不斷發(fā)展,近年來不斷有新型非氧化型晶體用于可調(diào)諧中紅外激光產(chǎn)生的相關(guān)報道??紤]到近紅外1μm激光產(chǎn)生技術(shù)泵浦結(jié)構(gòu)相對簡單,且具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、技術(shù)成熟的優(yōu)勢,利用近紅外1μm激光泵浦非氧化型中紅外晶體產(chǎn)生寬帶可調(diào)諧中紅外激光具有極高的應用價值。
本文從非線性光學頻率變換激光源的增益介質(zhì)—非線性晶體材料出發(fā),全面綜述幾種新型紅外非線性晶體在近紅外激光泵浦下的可調(diào)諧中紅外激光器的發(fā)展現(xiàn)狀,包括三元的磷屬、硫?qū)倬w以及準相位匹配晶體,分析非線性晶體材料的光學特性與中紅外激光器的結(jié)構(gòu)特點和輸出性能之間的關(guān)系,最后對國內(nèi)外研究進展進行總結(jié),并對其發(fā)展趨勢進行展望。
圖1 近紅外激光泵浦的中紅外差頻產(chǎn)生系統(tǒng)示意圖
圖2 近紅外激光泵浦的中紅外光學參量振蕩器示意圖
科研團隊介紹
天津大學激光與太赫茲光子學技術(shù)團隊依托天津大學精密儀器與光電子工程學院、光電信息技術(shù)教育部重點實驗室、微光機電系統(tǒng)技術(shù)教育部重點實驗室(B類)。目前團隊擁有教授2人,副教授2人,多人入選教育部、天津市優(yōu)秀人才計劃。課題組先后承擔國家重點研發(fā)計劃、民口/軍口973、863、國家自然科學基金重點/面上/國合項目等國家級項目80余項。近五年發(fā)表SCI/EI論文187篇,出版書籍5本,獲批專利10余項。曾獲重慶市科技進步一等獎、浙江省科學技術(shù)獎二等獎、浙江省高校優(yōu)秀科研成果二等獎、中國光學科技獎等省部級以上獎勵。
課題組研究成果如特種激光光源、光學太赫茲源、激光及太赫茲測量系統(tǒng)等,已廣泛應用于航空航天、深海探測、生物醫(yī)學等國家重大戰(zhàn)略領(lǐng)域。目前主要的研究方向有:(1)高性能全固態(tài)激光及非線性光學頻率變換技術(shù);(2)激光雷達探測及對抗技術(shù);(3)高性能、寬調(diào)諧太赫茲光子學輻射源技術(shù);(4)太赫茲波在生物醫(yī)學檢測中的應用研究;(5)太赫茲大氣傳輸及雷達目標特性研究。
作者介紹
陳鍇(第一作者),天津大學精密儀器與光電子工程學院,博士生。主要從事中遠紅外-太赫茲產(chǎn)生和應用技術(shù)研究,包括太赫茲參量產(chǎn)生技術(shù)、太赫茲波等離子體傳輸特性研究、寬帶調(diào)諧中紅外產(chǎn)生技術(shù)等。目前以第一作者身份發(fā)表SCI論文5篇。
徐德剛(通訊作者),天津大學精密儀器與光電子工程學院英才教授,博士生導師,微光機電系統(tǒng)技術(shù)教育部重點實驗室主任。教育部新世紀優(yōu)秀人才、天津市131創(chuàng)新型人才計劃、天津大學北洋青年學者。目前擔任中國光學學會激光專業(yè)委員會常務委員、天津市激光學會副理事長、《光子學報》和《光電子技術(shù)》期刊編委等工作。多年來主要從事激光與光電子技術(shù)、太赫茲技術(shù)以及激光雷達等研究工作,主持或參與國家重點研發(fā)計劃、科技部863和軍口863項目、國家自然科學基金重點項目、面上項目、國合項目等國家級項目30余項。已出版《全固態(tài)激光與非線性光學頻率變換技術(shù)》等專著3部,發(fā)表學術(shù)論文270余篇,Web of science數(shù)據(jù)庫檢索已被引用1500多次,獲批發(fā)明專利10項;獲得重慶市科技進步一等獎、浙江省科學技術(shù)二等獎。
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