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。

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。

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。

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。

ZnSe基蓝绿色半导体激光器研究进展

在全彩色显示、高密度激光存储、高速打印、高分辨图像处理和战地生化检测等强力推动下，ZnSe基蓝绿色半导体激光器的研究近年来取得了里程碑式的研究结果．为了明确该领域的研究方向，以便分析在实用化进程中必须解决的主要问题，本文对Znse基蓝绿色半导体激光器及其相关材料的研究进展进行了较全面的评述．作为比较，对GaN基蓝绿色半导体激光器的发展情况和尚待解决的问题也进行了简要评述．

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。

中红外Fe:ZnSe激光技术最新研究进展

3-5μm中红外激光处于大气传输窗口,在分子光谱学、环境遥感、工业加工、空间通讯、光电对抗等领域有重要的应用前景。过渡金属掺杂II-VI族硫化物晶体可以直接实现中红外激光输出,是最有前途的技术途径之一。具有优良物理特性和光谱特性的Fe：ZnSe晶体是高效、宽带可调谐中红外激光介质的有力竞争者,介绍并分析了Fe：ZnSe晶体的光谱特性及其制备方法,综合评述了Fe：ZnSe激光技术的发展历程和最新研究进展,指出制备高光学质量的Fe：ZnSe晶体和研制3μm波段高效、高能窄脉冲泵浦源是发展实用室温Fe：ZnSe激光器当前面临的挑战。并对实现室温高能、高功率Fe：ZnSe激光的关键问题进行了讨论。

Fe^(2+)∶ZnSe激光晶体光学吸收及激光输出性能

采用热扩散掺杂技术制备了Fe2+∶ZnSe晶体,测试晶体样品中铁离子浓度达1.27×1018cm-3。分析了Fe2+∶ZnSe晶体光谱的光学吸收特性,在室温条件下,采用2.90μm激光器泵浦Fe2+∶ZnSe晶体,获得了中心波长4.45μm,平均功率67 mW的中红外激光输出。

高功率中红外激光器的进展

中红外激光器在光谱学、遥感、医疗、环保及军事等诸多领域都有重要的应用价值和发展前景,因此已成为各国研究的热门课题。首先介绍各类中红外光参量振荡器及其泵浦源的进展,而后介绍中红外单极型量子级联半导体激光器特点和进展。

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。

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。

大功率780nm半导体激光器的设计与制备

设计并制备了一款780 nm半导体激光器,并进行了外腔反馈锁模研究。利用金属有机化学气相沉积技术制备了激光器外延层,采用GaAsP/GaInP作为量子阱/波导层有源区,限制层采用低折射率AlGaInP材料。采用超高真空解理钝化技术,在激光器腔面蒸镀无定形ZnSe钝化层。未钝化器件在输出功率2.5 W时发生腔面灾变损伤(COD),钝化后器件未发生COD现象,电流在10 A时输出功率10.1 W,电光转换效率54%。体布拉格光栅(VBG)外腔锁定前后,器件的光谱半峰全宽分别为2.6 nm和0.06 nm,VBG变温调控波长范围约230 pm。

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。

基于Fe2+:ZnSe微米粉末嵌入ZBLAN玻璃的4.32μm中红外随机激光

在室温下制备了基于Fe^2+:ZnSe微米粉末嵌入ZBLAN(ZrF4-BaF2-LaF3-AlF3-NaF)玻璃的中红外随机激光器,随机激光的中心波长约为4.32μm。Fe^2+:ZnSe微米粉末的平均晶粒尺寸为3.54μm,XRD结果表明Fe^2+:ZnSe微米粉末为立方闪锌矿结构。在2.94μm纳秒脉冲激光泵浦下,随机激光的阈值为557.89mJ/cm^2。随着泵浦能量的增加,随机激光多纵模的特点也随之出现。泵浦能量超过阈值后,随机激光的光谱线宽为10nm,脉冲宽度为50ns。这项工作为获得稳定的中红外激光源提供了一种简单而经济的方法,将粉末嵌入固体基质中可以对粉末起到稳定的作用,这种方法在制备中红外光子器件和光纤激光器上具有潜在前景。

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。

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。

多波长Co_2激光器

本文指导用腔长调变的方法获得以一定序列运转的多波长CO_3激光器。在腔内插入一可旋转的ZnSe平片,可用来改变光程,使波长组合发生变化。给出了实险结果,最多可有六条支线依次振荡。

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 .