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中紅外激光可以用來進行氣體遠程探測、光聲光譜測量、同位素精密分析，在光電對抗領(lǐng)域也是制衡無人機紅外制導、天基和空基導彈防御系統(tǒng)的利器。中紅外激光的獲取困難，首先是因為中紅外激光晶體的帶隙普遍較大，在中紅外波段（3μm~5μm）的發(fā)射困難；半導體量子級聯(lián)激光器（QCL）利用能級設(shè)計方法使得半導體具有多個較窄的級聯(lián)帶隙，發(fā)射波長較長，波長一般處于4μm~12μm的中紅外波段，但是由于QCL的發(fā)散角較大，波長線寬很寬，峰值功率較低，應用領(lǐng)域受到很大限制，并且功率較高的QCL受到國外禁運，國內(nèi)很難獲得。另一個原因是中紅外波段的光學元件質(zhì)量低并且價格高，尤其是高質(zhì)量的非線性光學晶體，例如周期極化的鈮酸鋰晶體，很多基材以及工藝還需要進口設(shè)備，限制了非線性方法產(chǎn)生中紅外激光的途徑。

為了解決這個問題，南京大學祝世寧課題組，采用參量級聯(lián)技術(shù)克服了鈮酸鋰在5μm波段的吸收損耗，解決了遠至5.19μm的連續(xù)波中紅外激光產(chǎn)生問題，并且波長可從近紅外連續(xù)調(diào)諧至中紅外波段，具有結(jié)構(gòu)簡單、波長調(diào)諧范圍寬、線寬窄、光束質(zhì)量好的優(yōu)點，有望應用于氣體探測、光電對抗等領(lǐng)域。該技術(shù)采用摻鎂周期極化鈮酸鋰（MgO:PPLN）構(gòu)成，采用單周期實現(xiàn)了級聯(lián)的光參量振蕩過程（TOPO）。該級聯(lián)過程由光參量振蕩（OPO）的信號光級聯(lián)泵浦光，同時輸出可以波長調(diào)諧的三個中紅外波長，并且通過降低腔內(nèi)損耗，實現(xiàn)了連續(xù)波的諧振輸出，最大輸出功率在3896 nm超過2.6W。該技術(shù)的創(chuàng)新點在于通過單一周期實現(xiàn)了級聯(lián)光參量振蕩，通過光學加工減小腔內(nèi)損耗，使得連續(xù)波諧振的OPO能夠進行長波級聯(lián)過程。

圖1. OPO和TOPO的波長調(diào)諧

課題組基于鈮酸鋰超晶格材料和激光技術(shù)領(lǐng)域多年的積累，開發(fā)的可調(diào)諧OPO已成功轉(zhuǎn)化，并形成覆蓋連續(xù)波、納秒脈沖、皮秒超快等各種類型的中紅外激光器產(chǎn)品，獲得各高校、科研院所及軍工單位用戶的一致好評。目前可調(diào)諧激光器產(chǎn)品的最長輸出波長可達4.65μm，最高輸出功率超過10W。

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