新型Al_2O_(3)-CaO-ZnO玻璃制备与Er^(3+)∶2.7 μm中红外发光性能

3 μm波段的中红外光纤激光器在生物医疗、环境监测和军事等领域具有重要的应用前景,在国内外受到了广泛的关注和研究。低声子能量、高效稳定的中红外玻璃作为光纤激光器的核心工作介质,是实现3 μm波段中红外激光的重要基础。本文采用熔融-淬冷法制备了掺Er^(3+)新型Al_2O_(3)-CaO-ZnO玻璃,通过热分析、拉曼光谱、透射光谱以及光致发光光谱等对玻璃的热力学、结构、透过波长范围和中红外发光性能进行了表征。结果表明,Al_(2)O_(3)-CaO-ZnO玻璃具有较高的玻璃化转变温度(~750℃)、较低的声子能量(~780 cm^(-1))以及较宽的透过波长范围(0.5~5 μm);在980 nm激光激发下,在掺Er^(3+)玻璃中观察到了明显的2.7 μm(Er^(3+)∶^(4)I_(11/2)→^(4)I_(13/2))波段荧光发射。研究结果表明Al_(2)O_(3)-CaO-ZnO体系玻璃是一种优良的中红外激光基质材料。

3～5μm中红外激光对抗武器系统

本文论述了3～5μm中红外激光对抗武器系统发展的迫切性,讨论了现有中红外激光对抗武器技术体制,分析了3～5μm中红外激光对抗武器系统的研究现状和发展趋势。

用于3～5μm中红外固体激光器的光学薄膜

文章介绍了一种3-5μm中红外固体激光器所用光学薄膜的制备过程，重点说明如何进行膜系设计、工艺实验等，研究的目的是最终使中红外激光器光参量振荡器中输入镜和输出镜的指标达到用户要求。

全光纤结构的2.8μm增益开关激光器

波长为2.8μm的中红外脉冲激光器在科研及生物医疗领域具有重要应用.自主研制基于增益开关的976 nm高功率脉冲激光器,并以此为泵浦源,两端刻有光纤光栅的Er^(3+):ZBLAN(ZrF_(4)-BaF_(2)-LaF_(3)-AlF_(3)-NaF)光纤线型腔作为振荡器,通过级联增益开关的方式,实现了全光纤结构的2.8μm增益开关激光器.输出脉冲的重复频率为50 kHz,脉宽为1.27μs,最大输出功率为175.2 mW,相应的脉冲能量为3.54μJ.由于采用增益开关和光放大方案制备的976 nm泵浦源输出稳定性较高,与采用传统电调制泵浦源方案相比,利用本研究泵浦源方案实现的2.8μm增益开关激光器具有更高的输出脉冲稳定性.该工作从提升输出特性方面拓展了2.8μm全光纤增益开关激光器的研究,并为其他波段增益开关激光器在提高输出脉冲稳定性方面提供了有益借鉴方案.

热键合、凹端面及晶体棒直径对Er∶YSGG中红外激光性能的影响

对热键合、凹端面及不同直径Er∶YSGG晶体棒的中红外激光性能进行了系统对比研究。晶体经高温退火、定向切割、端面精密抛光后,测量得到其平面度和表面粗糙度分别小于0.1λ@633 nm和0.5 nm。通过精密加工实现了YSGG与Er∶YSGG室温光胶,然后进行了高温热键合,透过谱表明键合界面基本无损耗,达到了一体化。热焦距结果表明,热键合、凹端面能够有效改善和补偿高功率泵浦条件下晶体的热透镜效应,有利于提高晶体的激光性能。对比未键合、热键合及凹面热键合Er∶YSGG晶体在968 nm LD侧面泵浦条件下的激光性能发现,低频150 Hz以下,键合与凹面并未表现出优势,三种棒的最大输出功率和斜效率分别均在24 W和28%附近;但随重频增加,热效应逐渐加重,键合晶体良好散热能力和凹面热补偿效应使激光性能得到提高。在重频300 Hz下,未键合、热键合及凹面热键合三种棒的最大输出功率分别为15.54,17.85和18.33 W、斜效率分别为16.6%,18.3%和18.4%;重频600 Hz条件下,三种棒的最大输出功率分别为9.4,13.32和13.18 W、斜效率分别为6.7%,8.6%和9%。此外,对比研究了不同直径Er∶YSGG晶体的激光性能,在低于100 Hz的低频下,三种晶体的激光性能接近。但相比于3和4 mm键合凹面棒,直径2 mm棒有大的比表面积,拥有更好的热管理能力,使其在高重频条件下具有更好的激光性能。如在150 Hz条件下,2 mm凹面键合Er∶YSGG晶体棒获得了功率23.82 W、斜效率27.7%的中红外激光输出,大大高于直径3和4 mm棒的18 W和23%。在600 Hz,直径2 mm键合凹面棒中实现了功率13.18 W,斜效率9%的激光输出,相比于直径3和4 mm键合凹面棒的9 W,7%具有较大的改善。测量得到2 mm凹面键合Er∶YSGG晶体棒在150 Hz,200μs条件下的光束质量因子M_(x)^(2)/M_(y)^(2)=6.28/6.30,表明该激光具有良好的光束质量。综上,选择合适晶体棒直径,并将键合与凹面相结合是实现高性能2.79μm激光的有效方法。

3～5μm中红外光学参量振荡器国内外发展状况研究

随着一批新型优质非线性光学晶体的发明、生长成熟、广泛应用以及非线性光学频率变换和可调谐光学技术的飞速发展，由光学参量振荡器实现的宽频可调谐激光已显示出重大的应用价值，尤其在现有激光器输出波长不能涵盖而在军事上具有较高应用价值的3-5μm这一中红外波段的光源，国内外需求紧迫。文章主要从中红外非线性材料的光学性能、泵浦波长、输出波长、输出功率、转换效率和光束质量等方面介绍了国内外3-5μmOPO的研究状况，对国内中红外3-5μm激光的发展具有重要的指导意义。

3～5 μm固体激光器

概述了中红外激光器的应用背景,介绍了国外研究现状及发展趋势,提出了用固体办法实现中红外激光有效输出的技术途径和方案,对固体中红外激光输出所需要的2 μm激光泵浦源技术进行了探讨和方案比较,最终选用了 OPO 技术间接获得2 μm激光的方案。以二极管泵浦1.06 μm激光为泵浦源,采用双谐振腔内 KTP OPO 的方式,进行了激光实验,实现了功率23.9 W 的2 μm波长激光输出。在此2 μm激光泵浦源基础上,提出了实现室温运转的中红外固体激光 ZnGeP_2 OPO 的技术方案并进行了实验,最终成功实现中红外激光输出,在约5 kHz 时,中红外激光输出功率4.09 W。

2.79μm Er,Yb:GSGG中红外激光器理论研究

稀土Er3+离子以其能级结构丰富、可产生多种辐射波长而受到广泛的研究,在4I11/2态和4I13/2态之间跃迁产生的辐射波长位于2.7～3μm范围内,中心波长2.79μm的激光由于其波长的特殊性,此类激光器在医疗、非线性光学以及军事等方面具有重要的应用价值。选择Er,Yb:GSGG作为产生2.79μm激光的增益介质,通过一组联立速率方程组可以精确地描述其激光特性,在Er3+-Yb3+能级跃迁结构图的基础上,构建了该能级跃迁速率方程理论模型,为研究光场与物质原子体系相互作用提供了有效的方法,且因其简单直观而广泛应用于激光器特性研究中。最后,在此模型基础上进行了一定的数值模拟。

2.79μm中红外激光对PbS探测器的损伤实验研究

开展了不同重频下2.79μm中红外激光对PbS探测器的损伤实验。基于传热学理论,利用有限元法对2.79μm中红外激光辐照PbS探测器中的温度分布进行了数值分析,并比较了脉冲数目、重复频率对损伤效果的影响,分析了2.79μm中红外激光辐照PbS探测器的损伤机理,获取了相关阈值数据。研究表明,2.79μm中红外激光对PbS探测器的损伤机理主要以热熔融为主,在温度没有达到PbS熔点时,PbS就会发生热分解反应,析出黄色沉淀物PbO;计算得到单脉冲2.79μm中红外激光对PbS探测器的损伤阈值为13.03 J/cm^(2),且脉冲数目、重复频率对损伤效果影响很大,损伤累积效应明显。理论模型能够较好地解释PbS表面初始损伤形貌特征。

同带泵浦Ho^(3+)激光晶体1.2μm波段红外激光阈值功率（英文）

为探索同带泵浦掺杂Ho^(3+)激光晶体1.2μm波段红外激光输出,采用掺杂浓度为1 at%的Ho^(3+):LLF激光晶体作为激光增益介质,应用两种典型准三能级理论模型,计算了Ho^(3+)在5I6和5I8能级间跃迁辐射1.19μm激光的阈值功率,分析了泵浦光和激光束腰半径、激光晶体长度、吸收损耗、腔镜反射率等参量与阈值功率的变化关系,得出了吸收损耗是影响阈值功率最敏感因素的重要结论,确定了泵浦阈值功率的范围,为后续1.2μm波段红外激光实验研究提供了可靠的理论参考数据.

3μm波长Er:ZBLAN光纤激光器研究进展

波长在3μm附近的中红外Er掺杂的氟化物(Er:ZBLAN)光纤激光器凭借其良好的光束质量、体积小、可盘绕、易于实现等优势广泛应用于工业、医疗、军事等领域。本文主要介绍了基于Er:ZBLAN光纤激光器的发展现状,讨论了它们在发展中遇到的技术难题,总结并展望了其未来的发展方向。针对目前研究现状,提出多级放大将会是进一步提升3μm Er:ZBLAN光纤激光器单路激光功率的方法。为了突破单路激光的功率极限,将其与光纤合束技术融合将会成为未来的一个研究方向。

Au等离子体M带5f-3d跃迁透射谱的理论模拟

基于细致组态(DCA)方法和跃迁系列群(UTA)模型,采用全相对论处理并结合量子亏损理论,计算了金Au激光等离子体的M带5f-3d跃迁的透射谱,给出了金等离子体在不同电子温度和电子密度的时空电离态特性,平均电离度,离子丰度和离子内各能级的布居数,并模拟出Au等离子体的M带5f-3d跃迁的细致谱线,其计算结果可对激光等离子体透射谱的电子温度和电子密度进行精密诊断.

10 W二极管泵浦Er∶YAP中红外激光器

在室温条件下,采用脉冲激光二极管侧面泵浦原子数分数为10掺杂浓度的Er∶YAP晶体,实现了工作波长为2712nm的中红外固体激光器成功激射,并得到最大静态平均输出功率1012W,光束质量56,对应光-光转换效率55,斜效率64。这也是目前已报道的唯一实现平均功率10W量级的Er∶YAP激光器。此外,利用声光调Q技术,还实现了脉冲重复频率500 Hz,脉冲宽度63ns,单脉冲能量为58mJ的脉冲激光输出,为推动国内中红外波段激光应用提供了强有力的技术支撑。

3—5μm手持及轻便型热象仪综述

综述3—5μm波段的手持及轻便型热象仪。首先分析了它的优点及生命力。接着讨论发展的技术基础,并概述各主要国家的发展水平及技术状况。最后简要分析了发展趋势。

Ho^(3+)/Pr^(3+)共掺氟化铝基玻璃光纤2.86μm激光性能研究(特邀)

文中使用熔融淬火法制备了氟化铝基、氟化铟基和氟化锆基玻璃样品,通过浸水实验研究了其抗潮解稳定性,结果表明氟化铝基玻璃具有更好的抗潮解性能。因此制备了不同浓度的Ho^(3+)/Pr^(3+)共掺氟化铝基玻璃样品,测试了其透过光谱,表明该玻璃具有高的透过率和宽的透过窗口。在1150 nm拉曼激光的激发下,获得了样品的发射光谱,并对其发光机理进行了分析。利用吸注法制备了2 Ho^(3+)/0.2 Pr^(3+)掺杂的氟化铝基玻璃预制棒,使用棒管法拉制了氟化铝基玻璃光纤。使用回切法测得光纤在793 nm处的损耗为1.8 dB/m。在1150 nm激光泵浦下,利用8.6 cm长的Ho^(3+)/Pr^(3+)共掺氟化铝基玻璃光纤作为增益介质,获得了功率为207 mW的2.865μm激光输出,斜率效率为11.4%。上述研究结果表明,氟化铝基玻璃光纤是一种稳定的中红外激光增益材料。

中红外光参量振荡器的最新进展

3μm至5μm中红外激光在光谱学、遥感、医疗、环保及军事等诸多领域都有重要的应用价值和前景。光学参量振荡器（optical parametric oscillator,OPO）作为一种可调谐、高相干光源,可以实现3μm至5μm波长中红外输出。文中简要介绍了光参量振荡器中具有代表性的两种：ZnGeP2-OPO以及PPLN-OPO的最新研究进展,并对光参量振荡器的总体发展趋势进行了展望。

基于孤子自压缩的高功率少周期2μm激光产生(特邀)

具有少周期量级脉冲宽度的高功率2μm波段超快激光在非线性频率变换、激光光谱学以及医疗等领域有着重要且广泛的应用。利用高功率2μm超快光源驱动孤子自压缩是产生高功率少周期2μm激光的一种有效方法。文中利用自建的2μm Ho:YAG锁模碟片振荡器作为种子源,在大模场光子晶体光纤中进行光谱展宽并实现孤子自压缩,最终获得了平均功率为10.2 W、脉冲宽度为3个光学周期的2μm激光输出。实验采用FROG对输出脉冲的宽度和光谱进行测量,并与波长计测量的光谱以及理论模拟的结果进行了比较,验证了实验结果的准确性。

中红外脉冲KTA光参量振荡器实验研究

对3~5 m中红外脉冲KTA光参量振荡器（KTA-OPO）进行了理论及实验研究,对影响转换效率的因素进行了深入分析和系统优化。采用单灯双棒、电光调Q的1.064 m Nd∶YAG激光器非共线泵浦外腔非临界相位匹配（NCPM）KTA-OPO,当重复频率1~25 Hz、泵浦能量120 mJ时,获得波长3.475μm、单脉冲能量〉17 mJ的闲频光输出,最大光光转换效率为14.3%。

GH3128镍基高温合金的高温氧化及红外辐射行为研究

本文研究了GH3128合金在600℃、700℃、800℃、900℃下氧化行为,对氧化后的样品进行氧化膜相组成、表面形貌、显微组织的分析,同时研究了合金表面状态以及氧化行为对合金红外发射率的影响。试样在900℃氧化速率最快,氧化100 h的平均氧化速率为0.006481 mg·cm^(-2)·h^(-1)。GH3128合金在氧化初期合金表面以NiO为主,随着后生成保护性氧化膜Cr_(2)O_(3)。GH3128合金在800℃、900℃氧化100 h氧化层厚度分别为3~5μm、5~7μm。粗糙度Ra为0.2μm与2.5μm的GH3128合金试样的3~5μm波段红外发射率分别为0.20与0.50,并随氧化温度升高与氧化时间延长而显著升高,GH3128合金900℃下氧化100 h的红外发射率最大达到0.84。

LD端面抽运1.5μm Er^(3+),Yb^(3+)∶YAl_3(BO_3)_4激光器

报道了一种基于Er3+,Yb3+∶YAl3(BO3)4晶体的1.5μm固体激光器。为了解决由晶体严重的热效应所导致的激光器转化效率较低以及无法连续运转的问题,对控温炉设计以及抽运光源参数,如调制频率、占空比和腰斑尺寸等,进行了实验优化,从而减小了晶体的热负载,提高了准连续激光器的输出性能。在抽运源调制频率为40Hz,占空比为10%,抽运光腰斑半径为80μm,注入功率为17.6W时,获得了2.6W的准连续1.5μm激光输出,斜率效率为18.1%;同时在抽运功率为5W时,实现了290mW的连续单横模1.5μm激光输出,斜率效率为8.5%。