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。

中红外Fe^(2+):ZnSe激光器研究进展

发光谱位于3~5μm大气窗口处的中红外激光在医疗、工业加工、大气遥感、空间通讯、红外对抗等领域具有广泛的应用前景。以过渡金属(TM)掺杂Ⅱ~Ⅵ族硫化物晶体作为增益介质的激光器件可实现中红外激光输出,其中Fe^(2+):ZnSe激光器具有转换效率高、中红外波段可调谐范围宽、结构紧凑等优点,是中红外波段实现高功率、高能量、短脉冲的最有效途径之一。随着近些年材料技术的发展,Fe^(2+):ZnSe激光器发展迅速,逐渐成为热点之一。本文综述了以Fe^(2+):ZnSe激光器为代表的TM^(2+):Ⅱ~Ⅵ族激光器的发展历程,介绍并分析了Fe^(2+):ZnSe增益介质的制备方法,讨论了影响Fe^(2+):ZnSe激光器性能的泵浦源及因素,综合评述了Fe^(2+):ZnSe激光器的输出特性,总结了Fe^(2+):ZnSe激光器在室温和超短脉冲方向上的最新进展,并展望了Fe^(2+):ZnSe激光器后续可能的发展方向。

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。

Cr^(2+):ZnSe全固态中红外激光器

建立了一种高质量、高效率全固态中红外激光系统,并对激光输出的效率、光束质量等指标进行了测试。首先,以二极管激光器为泵浦源,Tm^(3+):YAP晶体为增益介质,搭建了输出波长为1.97μm的近红外激光器。然后,以Tm^(3+):YAP激光器为泵浦源,自行开发研制的Cr^(2+):ZnSe单晶为增益介质,搭建了全固态中红外激光器。最后,测试了全固态中红外激光器的光束质量及激光器出光效率,并对谐振腔光效率的理论输出值与实际的激光器出光参数进行了对比。实验结果表明:此全固态中红外激光器的光光转换效率为17.2%,斜率效率为20%,在最高输出能量为3 W时的光束质量(M^2)在x和y方向分别为1.7和1.73,光束基本为圆形的高斯光斑。

高温高压制备Cr^(2+):ZnSe单晶及其光学性质

为了得到高质量、大尺寸Cr2+∶Zn Se中红外激光晶体,以适应高功率全固态中红外激光器的发展要求,在高温高压下全石墨腔内运用布里奇曼晶体生长方法,生长出了高质量Ф30×120 mm Cr2+∶Zn Se单晶。采用X射线粉末衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、红外稳态吸收及荧光光谱等测试方法对晶体的结构及光谱特性进行了表征,并探讨了Cr2+∶Zn Se晶体中Cr2+的能级结构及跃迁机理。结果表明:所生长的Cr2+∶Zn Se单晶结构均匀,性质稳定,1.97μm激发的荧光光谱覆盖1.9~3μm范围,可用于获得2~3μm全固态中红外激光。

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。

ns脉冲激光诱导制备铬掺杂ZnSe纳米粒子独特的生长以及光学特性

在液相环境中，利用纳秒（ns）脉冲激光器轰击消融铬掺杂ZnSe（Cr^2＋：ZnSe）微米颗粒，制备出Cr^2＋：ZnSe纳米粒子，扫描电镜以及X射线衍射检测，结果显示，制备所得的粒子为平均尺寸为50nm的ZnSe闪锌矿结构纳米粒子。基于Cr^2＋：ZnSe纳米粒子，观察到中心波长为2180nm、阈值为0．4mJ／pulse的随机激光效应。相比于Cr^2＋：ZnSe晶体激光器，纳米粒子随机激光的中心波长发生了约170nm的蓝移，Cr^2＋：ZnSe纳米粒子的光致发光寿命也比Cr^2＋：ZnSe晶体要短。

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%。

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。

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。

一类新型的中红外可调谐激光晶体的研究进展

近年来 ,固体激光器取得了重要的进展及许多新的激光晶体材料 ,并且器件水平也不断提高。特别是出现了过渡金属离子掺杂的 - 族半导体材料的中红外激光晶体 ,在这类晶体材料中 ,Cr2 + 掺杂 - 族半导体材料表现出优良的室温荧光性能 ,且具有较宽的调谐范围及较高的量子效率 。

中红外固体激光器研究进展

本文介绍了中红外固体激光器中新型的Fe^2＋∶Zn Se激光器和基于Mg O∶PPLN、Zn Ge P2晶体的光参量振荡器的发展现状,讨论了它们在发展过程中遇到的技术难题,探讨了中红外固体激光器的未来发展方向。波长为3~5μm的中红外固体激光器具有效率高、体积小和重量轻等优点,在工业、医疗、军事等方面具有重要应用价值,研制大尺寸、高质量中红外激光晶体和输出波长更长的红外高功率激光泵浦源已成为中红外固体激光器未来发展方向之一。

2-switched Er^(3+)/Dy^(3+)codoped ZrF_(4)fiber laser:continuously tunable pulse generation from 3.06 to 3.62μm

In this Letter,we report on widely tunable pulse generation from a red-diode-clad-pumped mid-infrared[mid-IR)Er^(3+)/Dy^(3+)codoped ZrF_(4)fiber laser,for the first time,to the best of our knowledge.Using a Fe^(2+):ZnSe crystal,continuously tunable Qswitched pulses across the range of 3.06–3.62μm have been attained,which not only represents the widest range[in wavelength domain)from a pulsed rare-earth-doped fiber laser at any wavelength,but also almost entirely covers the strong absorption band of C-H bonds in the mid-IR,providing a potential way for gas detection and polymer processing.In addition,the commercial InAs quantum-well-based saturable absorbers[SAs)have been employed instead,and the obtained longest Q-switching wavelength of 3.39μm is slightly shorter than 3.444μm determined by its nominal direct bandgap of 0.36 eV.