纳米Fe-ZnSe颗粒膜的结构与磁性

采用射频溅射法制备了纳米铁磁金属-半导体基体Fe_(0.35)(ZnSe)_(0.65)颗粒膜,并研究了其结构和磁特性.根据颗粒膜低场磁化率x(F)温度关系和不同温度下的磁滞回线,证实了在一定的温度范围内,颗粒膜中的纳米铁颗粒表现出磁性弛豫效应.当截止温度T_B=50 K时,颗粒膜的磁性由超顺磁性转变为铁磁性.在截止温度以上,其饱和磁化强度M_S(T)温度关系符合Bloch的自旋波T^(3/2)定律,探讨分析了自旋波常数增大的原因.

室温脉冲Fe^(2+):ZnSe中红外激光特性研究

处于3~5μm波段的激光源在遥感、环境保护、医疗、通信和红外对抗等民用和军用领域都有广阔的应用前景。Fe^(2+):ZnSe晶体由于在材料特性和光学特性等方面都具有明显优势,是3~5μm波段极具潜力的激光介质之一。在室温条件下利用自制非链式脉冲HF激光器作为泵浦光源,对晶体直径为10 mm,厚度1 mm,Fe^(2+)离子掺杂浓度为3×1019/cm3的Fe^(2+):ZnSe晶体进行了研究,获得了中心波长4 295 nm、最大输出能量78.8 mJ的中红外激光输出。输出激光能量相对于晶体吸收泵浦能量的转换效率为27.7%,斜率效率达28.8%。采用小角度(3°)斜入射的方案很好地解决了Fe^(2+):ZnSe激光器谐振腔镜镀膜问题。

Fe∶ZnS/ZnSe中红外固体激光器研究进展

高性能中红外激光在军事对抗、生物安全、环境科学等领域有重要的应用价值。Fe∶Zn S/Zn Se具有长输出波长、宽吸收带和发射带的特点,是实现高性能、宽调谐3μm^5μm激光输出的最有效激光介质。介绍了Fe∶Zn S/Zn Se的光谱和热动力学特性,评述了Fe∶Zn S/Zn Se在低温和常温下激光输出性能方面的最新进展,分析了Fe∶Zn S/Zn Se激光器在功率、能量提升以及室温运转方面面临的科学挑战。

ZnSe∶Fe^(2+)中的动态Jahn-Teller效应和远红外光谱的研究

推导了 3d4 / 3d6离子基态 5D在立方晶体场、自旋 轨道耦合和动态Jahn Teller效应作用下的哈密顿矩阵 ,并用对角化该哈密顿矩阵的方法研究了Fe2 + 在ZnSe中的远红外光谱 ,理论计算与实验符合得好 .研究表明 ,在ZnSe∶Fe2 + 中 ,比晶体场理论分析多出的分裂谱线是Fe2 + 与ZnSe晶格间的动态Jahn Teller效应引起的 .还预测了其它Jahn Teller效应分裂谱 .所推导的哈密顿矩阵对研究 3d4 / 3d6离子在立方晶体中的精细光谱、电子顺磁共振谱和动态Jahn Teller分裂都是有用的 .

基于Fe^2＋：ZnSe粉末的4．45μm中红外随机激光

利用Fe^(2+):ZnSe微米粉末产生了4. 45μm的中红外随机激光。通过气相热扩散法制备了Fe^(2+)离子掺杂的ZnSe多晶块体,将制得的块体研磨成尺寸在10～50μm的微米粉末。X射线衍射(XRD)结果表明这些Fe^(2+):ZnSe粉末具有与ZnSe块体相同的立方闪锌矿结构,Fe^(2+)离子的引入没有改变ZnSe的晶体结构。在2. 94μm的脉冲激光泵浦下,研究了室温下Fe^(2+):ZnSe粉末的光致发光特性和发光脉冲的时间特性。随着泵浦能量增加,光谱发光强度发生跃变,光谱线宽从500 nm减小到50 nm,脉冲时间从270 ns减小到50 ns。当泵浦能量高于2 m J/pulse的阈值时,观察到中心波长4. 45μm的中红外随机激光。这种中红外随机激光器在红外标记、光通信、分子光谱测量等领域有很好的应用前景。

连续波HF激光泵浦Fe^(2+):ZnSe激光器的可行性

针对目前Fe^(2+):ZnSe激光器缺乏有效的高功率泵浦源这一关键瓶颈,提出了采用连续波HF化学激光器泵浦Fe^(2+):ZnSe来实现4μm波段激光输出的技术路线,结合实验和理论手段考察了此技术路线的可行性。首次获得了由连续波HF化学激光泵浦的Fe^(2+):ZnSe激光器的W级激光输出,输出功率约为1.7 W,谱线峰值波长为4.18μm,出光时间约2 s。

双温区热扩散掺杂Fe^(2+)∶ZnSe激光晶体的制备及激光输出性能

本文以CVD ZnSe晶片为基质材料,以FeSe粉末为掺杂物,采用双温区热扩散掺杂技术获得了尺寸为ϕ22 mm×4 mm的Fe^(2+)∶ZnSe激光晶体。通过二次离子质谱(SIMS)测试该晶体样品表面铁离子浓度为3.43×10^(18) cm^(-3),并通过X射线光电子能谱(XPS)分析了晶体样品中铁元素的离子价态。采用UV/Vis/NIR分光光度计和傅里叶红外光谱仪测试了Fe^(2+)∶ZnSe激光晶体的透过谱图。测试结果显示,在3.0μm处出现了明显的Fe^(2+)吸收峰,峰值透过率为5.5%。以波长为2.93μm的Cr,Er∶YAG激光器为泵浦源,温度77 K时抽运尺寸10 mm×10 mm×4 mm的Fe^(2+)∶ZnSe晶体,获得了能量为191 mJ、中心波长4.04μm的中红外激光输出,光光转换效率13.84%。

HPVB法Fe^(2+):ZnSe激光晶体生长及激光输出特性

本文采用纯度为99.999%的颗粒状ZnSe为基质材料,纯度为99.998%的FeSe粉末为掺杂物,通过HPVB法生长了Fe^(2+):ZnSe晶体,晶体尺寸达Φ50.8 mm×120 mm。采用电感耦合等离子发射光谱仪测试了Fe^(2+):ZnSe晶体样品中铁离子掺杂浓度为3.048×10^(18)cm^(-3)。采用粉末XRD衍射仪测试了Fe^(2+):ZnSe晶体样品的X-射线衍射谱,其衍射谱与基质ZnSe样品衍射谱匹配度达92%。采用UV/VIS/NIR分光光度计和傅里叶红外光谱仪测试了Fe^(2+):ZnSe晶体样品的透过谱图,透过谱在波长3.0μm处出现了明显的Fe^(2+)离子吸收峰。采用2.94μm Er:YAG激光器为泵浦源抽运尺寸为10 mm×10 mm×4 mm的Fe^(2+):ZnSe晶体样品,重复频率为100 Hz时,激光能量输出达12 mJ,输出波长调谐范围3.95~4.15μm。

低温Fe^(2+):ZnSe固体激光器的长脉冲输出特性

对基于不同Fe^(2+)∶Zn Se晶体样品的中红外固体激光器的长脉冲输出特性进行了研究。采用一台最大单脉冲能量为600 m J的Er∶YAG脉冲激光器作为泵浦源,将晶体置于真空仓中用液氮冷却。低温85 K时,在6mm厚的镀膜样品上实现了最大能量为184.4 mJ、脉宽为1 ms的长脉冲输出,对应斜效率为45.5%。对未镀膜样品,比较了在晶体不同固定角度时的输出特性,结果表明,适当倾斜时输出能量更高。

中红外Fe∶ZnSe连续及温度调谐激光性能研究

宽带可调谐中红外光源在生物医疗、环境监测等众多领域中有着广阔的应用前景。报道了利用自制的Er∶Y_(2)O_(3)陶瓷激光器端面泵浦Fe∶ZnSe晶体,实现连续及基于温度调控的3~5μm波段中红外调谐激光输出。在103 K低温制冷条件下,获得了平均功率为352 m W、中心波长为4170 nm的连续中红外激光。进一步研究了基于温度调控的Fe∶ZnSe激光器的光谱调谐性能,成功实现了383 nm(4170~4553 nm)带宽的连续调谐中红外激光输出。

瓦级高效率中红外全固态3.8μm连续波Fe∶ZnSe激光器

报道了瓦级高效率中红外3.8μm连续波全固态激光器。采用自行研制的波长为2.8μm的光纤激光器泵浦Fe∶ZnSe晶体,并通过液氮对晶体进行制冷,获得了中心波长为3.8μm的连续激光输出。激光器的最大输出功率为0.97 W,斜率效率达到38.6%,泵浦阈值约为0.4 W。

中波红外激光技术最新进展

3～5μm中红外波段激光源是近年来备受国内外关注的研究热点,本文综合评述了产生中红外波段激光的5种主要方法(CO2激光倍频技术、泛频CO激光技术、光学参量振荡器、氟化氘激光器、Fe2+∶ZnSe固体激光技术)的国内外发展现状,总结分析了各种方法的关键技术和存在的问题,指出了该技术的未来发展趋势。

65mJ室温Fe^2＋∶ZnSe中红外激光器

Fe^(2+):ZnSe晶体作为3~5μm波段极具潜力的中红外激光介质之一,在材料特性和转换效率等方面具有明显优势。对Fe^(2+):ZnSe晶体的吸收特性进行了研究,利用自制放电引发的非链式脉冲HF激光抽运Fe^(2+)掺杂浓度为4×1018 cm^(-3)、尺寸为10mm×10mm×5mm的Fe^(2+):ZnSe晶体,在室温下获得了65mJ的高能量Fe^(2+):ZnSe中红外激光输出,光光转换效率为31%,输出激光能量相对于晶体吸收抽运光能量的斜率效率可达37%。

中红外室温大能量Fe^(2+)∶ZnSe激光器

理论分析了室温条件下掺铁硒化锌(Fe^(2+)∶ZnSe)激光横向寄生振荡特性,结果显示通过减小抽运光斑尺寸可有效提升寄生振荡反转粒子数阈值,从而抑制Fe^(2+)∶ZnSe激光横向寄生振荡。以非链式脉冲氟化氢(HF)激光器为抽运源,搭建了Fe^(2+)∶ZnSe激光器实验装置,通过插入不同孔径的光阑,实验研究了不同抽运光斑尺寸下的Fe^(2+)∶ZnSe激光输出特性。实验结果表明,对于端面尺寸为20 mm×20 mm的Fe^(2+)∶ZnSe激光晶体,当抽运光斑尺寸≤9.2 mm时,横向寄生振荡现象可得到有效抑制,与理论分析结果相符。室温条件下,所获得的最高Fe^(2+)∶ZnSe激光脉冲能量为136 mJ,斜效率为33.2%,相对于抽运激光能量的光-光转换效率为26.5%。

焦耳级大能量中红外固体Fe∶ZnSe激光器

为实现焦耳级大能量中红外4~5μm波段激光输出,基于波长为2.94μm的Er∶YAG激光泵浦源和液氮恒温控制器,搭建了固体Fe∶ZnSe激光器实验装置,研究了温度和晶体参数对Fe∶ZnSe激光器输出时域波形及能量的影响。闪光灯泵浦的Er∶YAG泵浦激光时域波形展现出固体激光典型的弛豫振荡现象,Fe∶ZnSe激光脉冲波形与泵浦激光波形保持强相关性,且单个尖峰脉冲宽度随温度的升高而变小。在低温79 K条件下,当Er∶YAG泵浦能量为2.75 J时,实现了Fe∶ZnSe激光1.04 J大能量输出,对应的斜率效率和光光转换效率分别为36.4%和37.8%,激光中心波长为4.1μm。在热电致冷可达的240 K温度条件下,当泵浦能量为500 mJ时,Fe∶ZnSe激光的能量输出为50 mJ,激光中心波长为4.4μm。研究结果为焦耳级大能量中红外固体激光器的研制提供了参考。

2.794μm高重复频率Fe^(2+):ZnSe被动调Q激光器脉冲特性理论分析与实验研究

3μm波段被动调Q激光可饱和吸收体的损伤阈值较低,在高峰值功率、高重复频率条件下非常容易出现损伤。理论分析了可饱和吸收体的初始透过率和输出镜的反射率对被动调Q激光输出脉冲宽度的影响。采用两种具有不同初始透过率的Fe^(2+)∶ZnSe晶体进行了氙灯泵浦的Er,Cr∶YSGG激光器被动调Q实验研究。结果表明,具有低初始透过率的可饱和吸收体能够获得较低的脉冲宽度,且具有高初始透过率的可饱和吸收体能够通过提高输出镜的反射率来压缩脉冲宽度,脉冲宽度与晶体棒直径无关,实验结果与理论结果吻合。通过优化腔内布局实现了高重复频率、高峰值功率的2.794μm被动调Q激光输出,激光器在60 Hz重复频率下分别获得了单脉冲能量4.7 mJ和7.0 mJ的调Q激光输出,脉冲宽度分别为97.0 ns和72.6 ns。研究结果为被动调Q激光器的设计提供了理论指导。

直接抽运中红外固体激光器研究进展

3~5μm中红外辐射位于大气传输窗口,具有广泛的应用前景。目前,固体激光器获得3~5μm中红外辐射的途径主要是基于光参量振荡(OPO)的方法。与之相比,以直接抽运为代表的新型中红外固体激光器在总体设计原理和激光器结构上都更为简单。目前,随着相关晶体材料和对应抽运源的逐步成熟,直接抽运中红外激光器迅速发展。总结了以Fe…ZnSe、Ho…BYF和Dy…PGS三种晶体材料为代表的直接抽运中红外固体激光器,详细介绍了其关键技术和国内外主要研究进展,分析了其发展的重点和难点。