基于GaSe和ZnGeP2晶体差频产生可调谐太赫兹辐射的理论研究

基于非线性光学频率变换理论,采用已报道的利用非线性光学差频方法产生可调谐太赫兹波的实验条件作为理论分析的实验模型,计算模拟出在不同相位匹配条件下,GaSe和ZnGeP2晶体差频的相位匹配角、走离角、允许角和有效非线性系数,并对计算结果进行了分析比较,总结出对应输出不同太赫兹波长的最佳相位匹配方式.计算结果为利用非线性晶体差频产生可调谐太赫兹辐射的实验研究提供深入和全面的理论基础.

大尺寸ZnGeP_2晶体生长与中红外光参量振荡

采用垂直布里奇曼方法生长了ZnGeP2单晶体,晶体毛坯尺寸达30 mm×120 mm。晶体在2.05μm吸收系数0.05cm-1,3-8μm吸收系数0.01 cm^-1,光损伤阈值2.0±0.3 J/cm2。利用2.05μmTm,Ho∶CdVO4激光器为泵浦源,脉冲重复频率10 kHz。当泵浦功率16.3 W时,3-5μm光参量振荡输出8.7 W,光-光转换效率为53%,斜率效率为64%。

ZnGeP_2晶体的合成与生长

采用双温区法合成ZnGeP2多晶料;采用布里奇曼法生长ZnGeP2单晶,晶体尺寸为φ22×90 mm^2。晶体透光范围0.7-12.0μm,平均透过率达到56%;OPO光参量震荡器件尺寸6×6×15 mm^3,采用2μm的泵浦光,产生4W以上的3.8-4.5μm激光输出。

ZnGeP_2晶体点缺陷的研究进展

ZnGeP_2晶体是具有重要应用背景的红外非线性光学材料.晶体中的点缺陷严重限制了ZnGeP_2晶体的应用发展.本工作介绍了ZnGeP_2晶体点缺陷的最新研究进展情况.首先,利用电子顺磁共振技术研究了ZnGeP_2晶体的点缺陷.主要存在缺陷是受主缺陷V_(Zn)^-及施主缺陷V_P^0和Ge_(Zn)^+,其相应的缺陷能级分别为E(V_(Zn)^-)=Ec-(1.02±0.03)eV,E(V_P^0)=Ev+(1.61±0.06)eV和E(Ge_(Zn)^+)=Ev+(1.70±0.03)eV.对晶体作了电子照射及高温退火等处理后,又分别发现了两种缺陷V_(Ge)^(3-)和V_P^0其次,利用全势能线性muffin-tin轨道组合法模拟研究了ZnGeP_2晶体的点缺陷.主要存在缺陷及缺陷能级的计算结果与实验结果基本一致,但由于理论模拟与实际情况还存在差距,有些计算结果与实验结果相矛盾.因此,将实验与理论有机结合研究晶体的点缺陷是今后研究的重点.

ZnGeP_2晶体点缺陷影响光学性能的研究进展

ZnGeP2晶体具有非线性系数大和透光波段宽的特点,是目前重要的中红外频率转换介质材料。然而,点缺陷的存在却引起了ZnGeP2晶体的额外光学吸收,影响了其应用发展。本文对ZnGeP2晶体点缺陷影响光学性能的研究进展情况做了详细的综述。利用电子顺磁共振技术研究了ZnGeP2晶体中存在的点缺陷类型;结合光学吸收和电子顺磁共振方法分析了ZnGeP2晶体点缺陷影响光学性能的机理;介绍了降低ZnGeP2晶体额外光学吸收的方法;最后,展望了围绕ZnGeP2晶体点缺陷及光学性能将开展的研究方向。

CO激光在非线性晶体ZnGeP_2和GaSe中的混频效应(英文)

为了获得2.15～1 500μm的相干光源,研究了CO激光在高质量非线性晶体ZnGeP2和GaSe中的混频效应。为了提高转换效率,在激光锁模方式下对CO激光器的二次谐波、和频和差频的产生进行了研究。结果显示,利用GaSe晶体和ZnGeP2晶体,调Q多谱线CO激光辐射的谱线内倍频效率分别大于0.3%和1.1%。采用ZnGeP2晶体进行倍频时,可调谐锁膜CO激光器的转换效率为12.5%。模拟结果显示,二次谐波与和频产生的输出光谱相同。相邻谱线下,和频和差频的产生过程中,基波和一次谐波可以分别在4.0～5.0μm和100～≥1 200μm(太赫兹范围)形成振荡。利用锁模CO激光器在ZnGeP2晶体中的混频效应,可以得到2.15～≥1 500μm的相干光源,同时转换效率可达到甚至高于12.5%。

高品质ZnGeP_2晶体光参量振荡元件及应用

在高纯ZnGeP2多晶批量合成基础上,采用垂直布里奇曼法生长出尺寸（40~50）mm×140 mm的高品质单晶。切割出多种6 mm×6 mm×（16~30）mm规格的晶体元件,元件o偏振光2.05μm吸收系数为0.01~0.03cm-1,通过光参量振荡技术实现中波（3~5μm）40 W和远波（8~10μm）3 W的激光输出。

ZnGeP_2晶体差频产生THz波的研究

为利用差频技术获得窄带、低重复频率的THz脉冲输出,将双波长KTP-OPO作为泵浦源,ZnGeP2作为差频晶体时,在满足typeⅡ相位匹配条件下,可以实现(0.5-2.7)THz,峰值功率为W量级的THz波输出。

ZnGeP_2 OPO产生4.3μm波段窄线宽激光实验研究

为了设计4. 3μm波段大功率窄线宽中红外激光器,开展了2. 7μm激光抽运ZnGeP_2晶体光参量振荡(Optical Parametric Oscillation,OPO)技术产生4. 3μm波段窄线宽激光实验研究,对实验结果开展了详细的分析。抽运源为1064 nm抽运的KTiOPO_4OPO激光器输出的2. 7μm波段参量激光,KTiOPO_4OPO采用单谐振结构,将两块相同的KTiOPO_4晶体光轴相向放置以补偿走离效应,KTiOPO_4晶体按Ф=0°、θ=62°切割以获得波长2. 7μm波段激光输出,采用Ⅱ(B)类相位匹配(o→o+e)以利用较大的非线性系数。ZnGeP_2OPO采用单谐振结构,采用Ⅱ(B)类相位匹配(o→o+e)以获得窄线宽输出,ZnGeP_2晶体按Ф=0°、θ=68°切割以获得波长4. 3μm波段激光输出。在抽运光波长2. 7μm,脉冲能量为7. 5 m J,脉宽8. 6 ns的条件下,获得脉冲能量2. 12 m J,线宽30 nm,脉宽8. 7 ns的4. 26μm激光输出,光-光转换效率约为28. 3%,斜效率约为32. 6%,水平和垂直方向的光束质量M^2分别为6. 2和13. 5。

磷锗锌单晶体的腐蚀研究

报道了一种新的ZnGeP2晶体择优腐蚀剂及其腐蚀工艺,即先采用研磨、物理机械抛光和HCl+HNO3热化学抛光获得表面平整无划痕的ZnGeP2晶片,然后将晶片在室温下采用HF(40%)∶HNO3(65%)∶CH3COOH(99.5%)∶H2O∶I2=2 mL∶2 mL∶1 mL∶1 mL∶4 mg腐蚀剂超声振荡腐蚀8 min;在扫描电镜下观察到ZGP(110)和(204)晶面的腐蚀坑,蚀坑形貌清晰,具有立体感,(110)晶面蚀坑呈四边形,(204)晶面蚀坑呈五边形,取向一致,蚀坑密度(EPD)约为104/cm2。从理论上对蚀坑形貌的形成机理进行了分析。

2μmTm,Ho∶YLF激光抽运ZnGeP_2光参量振荡技术研究

ZnGeP2晶体具有宽的透明范围(0.7～12μm),较大的非线性系数(d36=75pm/V),最高损伤阈值能量密 度为10J/cm2,较高的热导率(0.18W/(m·K)),因而非常适合作为高功率中红外光参量振荡器(OPO)晶体。理 论上分析了ZnGeP2光参量振荡器相位匹配特性,实现3～5μm连续调谐范围输出的Ⅰ类相位匹配角在52.5～ 55.2°之间。实验上,以15W光纤耦合激光二极管(LD)抽运的2.05μm高重复频率声光调QTm,Ho∶YLF激光 器作为抽运源,其最大平均功率4W,脉冲宽度小于40ns,脉冲重复频率100Hz～10kHz可调。为降低准三能级 系统激光器阈值,提高激光脉冲能量抽取效率,Tm,Ho∶YLF晶体采用液氮制冷方式,工作在77K温度条件下。 非线性频率转换晶体ZnGeP2长15mm,55.7°切割,光参量振荡器谐振腔为平平腔,腔长约20mm。在3.6W的抽 运功率下,脉冲重复频率10kHz,实现了4.1μm附近中红外激光输出,参量光脉冲宽度为20ns,平均输出功率为 0.7W,光 光转换效率为20%,抽运光阈值功率为0.65W。

Tm脉冲激光器泵浦的中红外固体激光器

介绍了Tm：YAP脉冲激光器泵浦的中红外固体激光器。首先介绍了Tm脉冲激光器,由实验分析,对YAP固体激光器腔型结构进行优化,确定了适合泵浦ZGP OPO的YAP激光器腔型,得到较理想的2μm脉冲激光输出。中红外固体激光器由优化后的Tm：YAP激光器泵浦ZGP光学参量振荡器（OPO）组成,最终得到输出功率达瓦级以上的3~5μm激光。