中红外激光晶体Er∶KPb_2Cl_5的原料制备和晶体生长

本文是对中红外激光晶体Er:KPb2C l5的原材料处理合成和晶体生长进行的研究报道。由于KPb2C l5的合成原料容易水解和氧化,我们设计了合适的方案对原料进行了处理,并成功合成出掺杂的稀土氯化物,然后在自制的垂直两温区晶体生长炉内,用B ridgm an法成功生长出透明的尺寸为22×10×5mm3的Er:KPb2C l5单晶体,并测试了粉末衍射和吸收光谱。

中红外氟化物激光晶体的生长和性能优化研究

中红外激光晶体材料作为激光技术核心增益材料之一,在军事光电对抗、激光医疗、卫星遥感、环境监测、基础科学等领域具有非常重要的应用。本文介绍了近年来在中红外氟化物激光晶体材料中,关于晶体生长、光学性能优化以及中红外激光性能等方面的研究工作,特别是在中红外光学性能优化调控方面,主要介绍基于稀土能级耦合的相互作用,有效抑制发光离子的自终止效应,以及为发光离子提供有效泵浦通道。

中红外激光晶体Dy:PbGa2S4的生长与器件制备

镝掺杂硫镓铅(Dy∶PbGa2S4,Dy∶PGS)晶体是一种性能优良、具有潜在应用价值的中红外激光介质材料。为推动该晶体的实用化研究,迫切需要制备出大尺寸高品质Dy∶PGS单晶。本研究采用自制的双温区管式炉成功合成Dy∶PbGa2S4多晶,单次合成量达到230 g;首次采用竖直梯度冷凝法制备该晶体并成功生长出大尺寸高质量Dy∶PbGa2S4单晶,尺寸达到Φ27 mm×100 mm;通过切割和抛光等处理工艺,成功加工出Dy∶PbGa2S4晶体器件,为下一步的激光应用研究打下了坚实基础。

Dy^(3+):Lu_(2)O_(3)中红外激光晶体的导模法生长及其光学性质

采用导模法(Edge‑defined film‑fed growth technique,EFG)制备了无掺杂及Dy^(3+)掺杂的Lu_(2)O_(3)晶体,无掺杂及掺杂晶体在空气中退火后分别变为无色和淡黄色。采用高分辨X射线衍射、拉曼光谱以及吸收光谱等方法对晶体进行了表征。结果表明,晶体X射线衍射摇摆曲线的半峰宽分别为98.4"、170.4"、193.9",最大声子能量分别为609.0,611.4,612.6 cm^(-1);无掺杂晶体在260~3000 nm波段没有明显的吸收,而掺杂晶体具有350,742,798,884,1063,1258,1681,2774 nm Dy^(3+)的特征吸收峰。采用1258 nm激光进行激发,得到2.7~3.0μm的荧光光谱,计算了Dy^(3+)的^(6)H_(13/2)能级寿命分别为17.9μs和16.3μs。采用Judd‑Ofelt(以下简写为J‑O)理论计算了相关光学参量,结果表明Dy^(3+)∶Lu_(2)O_(3)晶体具有实现3μm波段激光输出的潜力。

共掺稀土离子对Er^3＋激活中红外激光晶体光谱性能的影响

Er3+掺杂的晶体能够产生2.7~3.0μm波段中红外激光,在激光医疗、光通讯、环境探测和光电对抗等领域具有重要的应用。基于本课题组近年来开展的Er3+激活中红外激光晶体的相关工作,本文综述了共掺稀土离子对Er3+激活晶体光谱性能的影响:包括敏化离子Cr3+、Yb3+等的敏化作用增强了Er3+的特征吸收峰;退激活离子Pr3+、Ho3+等的退激活效应抑制了自终态瓶颈效应;以及共掺Nd3+所起的敏化和退激活双重作用,并对中红外激光的研究趋势和前景进行了展望。

超快光纤激光驱动的长波中红外飞秒脉冲光源(特邀)

基于差频产生的中红外飞秒光源具有波长调谐范围宽(6~20μm)、覆盖范围广(整个"指纹区")和系统复杂程度低等优势,超快光纤激光器驱动的中红外飞秒光源只有差频部分采用了空间光路,进一步提高了系统的稳定性。文中介绍基于超快光纤激光器驱动的光学差频产生长波中红外飞秒脉冲的技术路线,阐述在差频过程中如何通过非线性光纤光学技术(包括超连续谱产生、孤子自频移和光谱滤波技术)产生合适的信号脉冲,并从理论上详细介绍差频过程中提高中红外脉冲功率的方法。

新型红外非线性光学晶体LiGaTe_2的多晶合成与晶体生长

采用直接合成方法无法得到纯相的碲镓锂(LiGaTe2)多晶原料,因此提出了两步合成法进行LiGaTe2多晶原料合成,即先合成二元相Ga2Te3,再以Ga2Te3、Li、Te为原料按化学计量比配料在较低温度(850℃)下合成纯相的碲镓锂多晶料,并对具体的反应机理进行了讨论。对所得碲镓锂多晶料进行了XRD分析,结果显示合成的多晶为单相高纯LiGaTe2。差示扫描量热分析(DSC)表明,LiGaTe2的熔点为674.78℃。初步开展了LiGaTe2晶体的生长研究,对晶体生长结果进行了探讨。

部分硫/硒(S/Se)红外非线性晶体原料的快速合成方法研究

含有硫/硒（S/Se）元素的部分化合物在现有中红外非线性晶体材料中占据相当重要的地位。高纯多晶原料是生长优质S/Se光学晶体的基础,但常规合成方法存在周期长、数量少等缺点。为此,针对部分S/Se化合物,我们对传统的合成方法进行优化、改进,实现GaSe,AgGaSe2,AgGaGeS4,AgGaGe5Se12等的快速合成,单次合成原料200-300g,合成周期小于48h,经过粉末衍射（XRD）测试表明合成的原料质量较好,能够生长出较大尺寸单晶。文中对快速合成方法的机理、存在的问题等也进行了相关讨论。

大尺寸ZnGeP2单晶生长与大尺寸晶体器件制备

磷锗锌(ZnGeP2,ZGP)晶体是一种性能十分优异的中红外非线性光学材料。本研究采用自制的双温区管式炉成功合成出高纯ZGP多晶,单次合成量达到600 g;采用超微梯度水平冷凝法(0.5~1℃/cm)成功生长出55 mm×30 mm×160 mm的大尺寸ZGP单晶;通过工艺优化、定向、切割、退火、抛光和高能束流辐照等处理工艺,成功实现大口径(12 mm×12 mm×50 mm)ZGP晶体器件制备,器件在2.09μm的吸收系数仅为0.03 cm^-1,可以用于大能量和高平均功率红外激光输出。

3μm波段稀土离子激活的氟化物激光晶体研究进展

中红外激光在卫星遥感、军事对抗、分子监测、激光医疗、基础科学等领域具有非常重要的应用价值.总结了以LiLuF_4、PbF_2为基质,稀土Ho^(3+)和Dy^(3+)为激活离子的2.7~3.1μm波段中红外激光晶体在生长、物化、光谱及激光性能等方面的研究进展.着重分析了激活离子Ho^(3+)和Dy^(3+)的浓度效应、共掺敏化离子Yb^(3+)的敏化机制、共掺退激活离子Pr^(3+)的抑制自终止效应机理;同时计算了相关的能量传递效率,揭示其能量传递机制.此外,提出中红外激光晶体的几个主要研究方向:提高晶体发光效率,开拓新的特征输出波长,探索新型低声子能量的基质晶体.

2.5～5.0μm波段中红外激光晶体的生长和性能研究

中红外激光在大气污染监控、气体流量监测、海洋探测、激光医疗、军事对抗、基础科学研究等方面具有极其重要的价值.本文总结了近年来2.5~5.0μm波段中红外激光晶体的生长、物化、光谱及激光性能研究进展.采用提拉法生长出了一系列Er^(3+)激活及稀土离子共掺的低声子能镓酸盐、铝酸盐晶体,如Gd_3Ga_5O_(12)(GGG),SrGdGa_3O_7,SrLaGa_3O_7,CaYAlO_4和CaGdAlO_4等晶体,Ho^(3+)激活及敏化离子共掺的GGG晶体,以及Dy^(3+):YAlO_3等晶体,实现了2.5~3.4μm波段的发光.采用坩埚下降法生长出高质量Dy^(3+):KPb2Cl5,Cr^(2+):CdSe,Cr^(2+):Fe^(2+):CdSe等晶体,实现了2.5~5.0μm波段的发光.系统地研究了这些晶体的物化和光谱性能.重点研究了Er^(3+)激活离子在中红外波段的荧光动力学:分析了激活离子的浓度效应、共掺敏化离子的敏化机制以及退激活离子在抑制自终态效应方面所起的作用,计算了激活离子与共掺敏化离子、激活离子与共掺退激活离子之间的能量传递效率,诠释了能量传递机制.根据光谱性能研究结果,筛选出不同晶体中Er^(3+)的最佳掺杂浓度、共掺敏化离子及退激活离子的种类和浓度.研究了Er^(3+)激活的GGG和CaYAlO_4等晶体的激光性能.采用965nmLD端面泵浦Er:GGG,Er,Pr:GGG和Er:GGG/GGG键合晶体,采用氙灯泵浦Cr,Er:YSGG等晶体,均实现了高效的2.7~2.8μm多波长连续或脉冲激光输出,并在Er:GGG晶体上首次实现单纵模微片激光输出.

大口径超低吸收系数中红外磷锗锌晶体与器件制备

光参量振荡(OPO)技术是目前实现全固态可调谐高功率3~5μm中红外激光的主流方案,其核心是红外非线性光学晶体,晶体品质决定红外激光功率水平。磷锗锌(ZnGeP_(2),ZGP)晶体性能优异,被称为“中红外非线性光学晶体之王”,但在0.7~2.2μm附近存在异常的光学吸收带,这阻碍了ZGP OPO功率的进一步提升。针对这一问题,采用自制的梯度冷凝炉,结合超低梯度冷凝技术,生长出3.8~5.0 cm大尺寸ZGP单晶,通过定向、切割、退火、抛光、镀膜等处理后,成功实现了多种规格OPO器件的生产,最大器件尺寸达30 mm×30 mm×40 mm,器件在波长2.09μm和1.064μm处的吸收系数分别低至0.015 cm^(-1)和0.4 cm^(-1)。采用单块超低吸收ZGP OPO器件,实现了3~5μm高功率中红外激光输出,功率达107 W,斜率效率为75%,光光效率为61.8%,光束质量(M^(2))为3.1左右。

中红外宽带发射氟化铅激光晶体性能研究

中红外激光在光电对抗、激光雷达、遥感探测、激光手术、光纤通信、科学研究等领域中有着非常重要的应用。中红外激光增益材料作为中红外激光器的核心工作介质,具有举足轻重的地位。其中,设计和生长既满足当前泵浦条件又具有高效中红外荧光发射性能的激光晶体成为了研究热点。从优化中红外发光离子光谱性能角度出发,回顾了本课题组近年来关于新型宽带发射稀土离子掺杂氟化铅中红外激光晶体的研究结果,以期为后续研究提供一定的参考。