基于光学频率上转换的中红外探测研究进展

中红外波段在环境遥感、天文观测、生物医学诊断和分子光谱等前沿领域具有重要的应用价值。高水平的中红外探测技术是实现上述应用的核心基础技术之一。随着窄禁带半导体和热敏材料等工艺的进步,中红外探测器性能得到了长足的发展。然而,与相邻波段的铟镓砷/硅基探测器相比,当前的中红外探测器在雪崩/计数和面阵等方面明显落后。将中红外光通过频率上转换,利用成熟的近红外/可见光器件实现高水平分析和感知,逐渐成为一种间接探测新范式,与传统的直接探测方法形成有效互补。本文梳理了国内外中红外上转换探测技术的主要发展历程,对探测系统“四要素”(非线性晶体、探针光源、待测中红外目标,以及光探测终端)进行了分类,总结了中红外单光子探测、光谱分析和成像等应用大方向的主要进展,最后展望了该探测技术的未来发展趋势。

平行平面腔光学参量振荡器失谐特性实验研究

纳秒脉冲泵浦的平行平面腔光学参量振荡器(OPO)是一种便捷的相干光源,适用于指定波长范围内的不间断调谐输出。作为一种临界腔,平行平面腔对腔镜准直角度的扰动较为敏感。本文以532 nm绿光泵浦KTiOPO4晶体临界相位匹配OPO为例,定量研究了这类光谐振腔的失谐特性。通过在理想准直位置附近扫描腔镜的偏角,观察了OPO输出随失谐角的变化。结果表明:该谐振腔对临界方向失谐的敏感程度远高于对非临界方向失谐的敏感程度;扩宽泵浦光束和提高泵浦光强都可以增大对准容限。此外,本文分析并解释了不同条件下OPO腔长对腔镜对准容限的影响。

宽调谐高脉冲能量的短波红外光学参量振荡器

利用Nd∶YAG激光泵浦磷酸氧钛钾晶体,实现了波长为2.05~2.97μm的相干光输出,其覆盖了近红外与中红外过渡波段(也称“短波红外波段”)。采用了与以往报道不同的相位匹配调谐区域,在较小的晶体转角下,获得了较宽的调谐范围。比较了单程与双程泵浦的两种光学参量振荡器结构,验证了双程泵浦的优越性。双程泵浦的光学参量振荡器的最高输出脉冲能量在18 mJ以上,峰值功率高于2.3 MW,在较宽调谐范围内保持了较高的输出能量,输出能量在5 mJ以上的波段占比为78.3%。上述工作为短波红外波段应用提供了一种便捷有效的相干光源。