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温度调谐ZnGeP_(2)长波红外光参量振荡器
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作者 田俊涛 李辉 +6 位作者 赵莉莉 李志永 王海 刘松阳 许文宁 白进周 谭荣清 《中国光学(中英文)》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第4期861-867,共7页
为了获得可调谐长波红外激光输出,本文设计了一种基于ZnGeP_(2)(ZGP)温度调谐的长波红外光参量振荡器。采用中心波长为2097 nm的Ho:YAG激光器泵浦不同相位匹配角的ZGP晶体,通过改变晶体工作温度来研究ZnGeP_(2)光参量振荡器(ZGP-OPO)的... 为了获得可调谐长波红外激光输出,本文设计了一种基于ZnGeP_(2)(ZGP)温度调谐的长波红外光参量振荡器。采用中心波长为2097 nm的Ho:YAG激光器泵浦不同相位匹配角的ZGP晶体,通过改变晶体工作温度来研究ZnGeP_(2)光参量振荡器(ZGP-OPO)的温度调谐特性。在15~30℃温度范围内,实现了7.53~8.77μm分段可调谐长波激光输出,总调谐宽度为1.24μm。整个调谐范围内,输出功率大于1.503 W,当闲频光波长为8.77μm时,输出功率为1.503 W,斜率效率和光光转换效率分别为12.19%和6.53%。实验结果表明,ZGP温度调谐是实现连续可调谐长波红外激光输出的有效技术途径。本实验研究在可调谐长波固体激光器工程化领域具有潜在的应用价值。 展开更多
关键词 温度调谐 光参量振荡器 zngep_(2) 长波
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ZnGeP_(2)晶体中的晶格振动模拟与光谱分析 被引量:1
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作者 赵鑫 谢华 +2 位作者 方声浩 庄巍 叶宁 《人工晶体学报》 CAS 北大核心 2022年第2期185-192,共8页
ZnGeP_(2)晶体在9~10μm的光学吸收限制了其在中远红外波段的应用,该波段吸收与其晶格振动有关。本文通过理论计算与实验相结合的方法,解释了晶体红外截止边和9μm附近吸收峰的物理机制。通过布里奇曼法生长出ZnGeP_(2)单晶,并测试生长... ZnGeP_(2)晶体在9~10μm的光学吸收限制了其在中远红外波段的应用,该波段吸收与其晶格振动有关。本文通过理论计算与实验相结合的方法,解释了晶体红外截止边和9μm附近吸收峰的物理机制。通过布里奇曼法生长出ZnGeP_(2)单晶,并测试生长得到的ZnGeP_(2)晶体的变温拉曼光谱和变压拉曼光谱,基于第一性原理方法计算了ZnGeP_(2)布里渊区中心的振动频率,并计算了不同压力下晶体的晶格常数和拉曼位移峰的位置。实验结果与理论计算结果表明:温度升高使得其振动模发生红移,且振动模强度减弱,半峰全宽变大,而压力增大则会引起ZnGeP_(2)晶体振动模发生蓝移,振动模强度减弱,半峰全宽变大。 展开更多
关键词 zngep_(2) 拉曼光谱 红外吸收 变温变压 第一性原理 多声子吸收 晶格振动
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密度泛函理论研究ZnGeP_(2)晶体中缺陷的稳定性及迁移机制
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作者 马天慧 雷作涛 +4 位作者 张晓萌 付秋月 布和巴特尔 朱崇强 杨春晖 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2022年第22期249-258,共10页
ZnGeP_(2)晶体是3—5μm中红外激光输出的最好频率转换材料,可实现激光器的全固态化和大功率输出.但在8—12μm处由于本证缺陷导致的吸收带与光参量振荡器的抽运波长交叠,限制了光参量振荡器的应用性能,使其无法实现远红外激光输出.本... ZnGeP_(2)晶体是3—5μm中红外激光输出的最好频率转换材料,可实现激光器的全固态化和大功率输出.但在8—12μm处由于本证缺陷导致的吸收带与光参量振荡器的抽运波长交叠,限制了光参量振荡器的应用性能,使其无法实现远红外激光输出.本论文采用密度泛函理论讨论了ZnGeP_(2)晶体6种缺陷结构的形成能与缺陷迁移机制.结果表明V_(P)和V_(Ge)两种缺陷结构较难形成,V_(Zn)^(-),Zn_(Ge),Ge_(Zn)^(+)和Ge_(Zn)+V_(Zn)四种缺陷容易形成.当Ge原子微富余Zn原子,温度为10 K,500 K和600 K时,V_(Zn)^(-)形成能小于Ge_(Zn)^(+),当温度为273 K和400 K时,Ge_(Zn)^(+)形成能小于V_(Zn)^(-).晶体的体积膨胀率与缺陷形成能的关系为负相关,即晶体体积膨胀率越大,缺陷形成能越低.差分电荷密度分析显示Ge_(Zn)和V_(Zn)+Ge_(Zn)两种缺陷结构中原子间电子云密度增强,空位缺陷(V_(Zn)和V_(Ge))与反位缺陷(Ge_(Zn)和Zn_(Ge))结合形成联合缺陷后,空位缺陷格点处电子云密度增强.当温度为10 K时,ZnGeP_(2)晶体的吸收光谱显示V_(Ge),V_(Zn),Zn_(Ge)和Ge_(Zn)四种缺陷结构在0.6—2.5μm有较明显吸收.V_(Zn)的迁移能最低,V_(Ge)迁移能最高.V_(P)在迁移过程中迁移能与空间位阻有关,而V_(Ge)和V_(Zn)的迁移能与原子间距离有关. 展开更多
关键词 缺陷结构 光学性能 zngep_(2) 中远红外晶体
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Atomic structures and carrier dynamics of defects in a ZnGeP_(2) crystal
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作者 潘晓光 王勇政 +9 位作者 白航鑫 任彩霞 彭江波 景芳丽 邱海龙 雷作涛 刘红军 杨春晖 胡章贵 吴以成 《Chinese Optics Letters》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第4期91-99,共9页
ZnGeP_(2)[ZGP] crystals have attracted tremendous attention for their applications as frequency conversion devices.Nevertheless,the existence of native point defects,including at the surface and in the bulk,lowers the... ZnGeP_(2)[ZGP] crystals have attracted tremendous attention for their applications as frequency conversion devices.Nevertheless,the existence of native point defects,including at the surface and in the bulk,lowers their laser-induced damage threshold by increasing their absorption and forming starting points of the damage,limiting their applications.Here,native point defects in a ZGP crystal are fully studied by the combination of high angle annular dark-field scanning transmission electron microscopy[HAADF-STEM] and optical measurements.The atomic structures of the native point defects of the Zn vacancy,P vacancy,and Ge-Zn antisite were directly obtained through an HAADF-STEM,and proved by photoluminescence[PL] spectra at 77 K.The carrier dynamics of these defects are further studied by ultrafast pump-probe spectroscopy,and the decay lifetimes of 180.49,346.73,and 322.82 ps are attributed to the donor V_(p)^(+)→valence band maximum[VBM] recombination,donor Ge^(+)_(Zn)→VBM recombination,and donor–acceptor pair recombination of V_(p)^(+)→V^(-)_(Zn),respectively,which further confirms the assignment of the electron transitions.The diagrams for the energy bands and excited electron dynamics are established based on these ultrahigh spatial and temporal results.Our work is helpful for understanding the interaction mechanism between a ZGP crystal and ultrafast laser,doing good to the ZGP crystal growth and device fabrication. 展开更多
关键词 zngep_(2)crystal point defects HAADF-STEM PHOTOLUMINESCENCE pump-probe spectroscopy
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Ho∶YLF激光泵浦的长波红外ZnGeP_(2)光参量振荡器 被引量:6
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作者 魏磊 吴德成 +6 位作者 刘东 赵书云 陈国 李宝 方聪 韩隆 王英俭 《中国激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第1期36-42,共7页
以2.05μm Ho∶YLF激光器作为光源,泵浦了长波ZnGeP_(2)光参量振荡器,实现了高效率、高重复频率的长波激光输出。激光器输出的峰值波长为8.1μm,最大输出功率为3.2 W@10 kHz,泵浦激光到长波激光的光光转换效率为12%,斜效率为19.3%,激光... 以2.05μm Ho∶YLF激光器作为光源,泵浦了长波ZnGeP_(2)光参量振荡器,实现了高效率、高重复频率的长波激光输出。激光器输出的峰值波长为8.1μm,最大输出功率为3.2 W@10 kHz,泵浦激光到长波激光的光光转换效率为12%,斜效率为19.3%,激光单脉冲宽度为27.11 ns,单脉冲能量为0.32 mJ,单脉冲峰值功率为11.8 kW,X方向的光束质量因子为4.5,Y方向的光束质量因子为4.2。 展开更多
关键词 激光器 长波红外激光 Ho∶YLF zngep_(2) 光参量振荡器
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磷锗锌晶体脆塑转变临界切削深度的研究
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作者 曹中浩 阳红 《机械科学与技术》 CSCD 北大核心 2021年第6期908-911,共4页
为实现磷锗锌(ZnGeP_( 2))晶体超精密切削,提高表面加工质量,获得纳米级的超光滑表面,基于纳米压痕实验计算出磷锗锌晶体表面脆塑转变临界深度。在此深度内切削材料产生脆塑转变,并以塑性方式去除。在此基础上,采用单点金刚石飞切机床DF... 为实现磷锗锌(ZnGeP_( 2))晶体超精密切削,提高表面加工质量,获得纳米级的超光滑表面,基于纳米压痕实验计算出磷锗锌晶体表面脆塑转变临界深度。在此深度内切削材料产生脆塑转变,并以塑性方式去除。在此基础上,采用单点金刚石飞切机床DFC600A开展磷锗锌晶体超精密切削。通过控制切削深度低于磷锗锌晶体脆塑转变临界深度,使材料表面仅发生塑性变形,实现了晶体表面纳米级光滑表面加工,表面粗糙度达1.01 nm,达到了对磷锗锌晶体表面的加工要求,验证了方法的有效性。 展开更多
关键词 磷锗锌晶体 纳米压痕实验 临界深度 超精密切削
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Annealing and optical homogeneity of large ZnGeP_(2) single crystal
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作者 Li-Qiang Cao Bei-Jun Zhao +5 位作者 Shi-Fu Zhu Bao-Jun Chen Zhi-Yu He Deng-Hui Yang Hui Liu Hu Xie 《Rare Metals》 SCIE EI CAS CSCD 2022年第9期3214-3219,共6页
A high-quality ZnGeP_(2)(ZGP)single crystal with large size ofΦ30 mm×80 mm was grown by a modified vertical Bridgman method.ZGP wafers were annealed with ZGP polycrystalline powder for 300 h at 550,600 and 650℃... A high-quality ZnGeP_(2)(ZGP)single crystal with large size ofΦ30 mm×80 mm was grown by a modified vertical Bridgman method.ZGP wafers were annealed with ZGP polycrystalline powder for 300 h at 550,600 and 650℃,respectively.The as-grown and annealed crystals were characterized by X-ray diffraction(XRD)analysis,Fourier transform infrared spectroscopy(FTIR),IR microscope and energy-dispersive spectroscopy(EDS).Results show that the quality of all wafers is improved evidently after annealing and the optimum annealing temperature obtained is 600℃.The IR transmittance of the wafer measured by FTIR is up to 56.78%at wavelength of 2.0μm nearby and exceeds 59.00%in the wavelength range of 3.0-8.0μm.The deviations from stoichiometry decrease,and the homogeneity of the crystal is also improved after annealing.In this paper,scanning infrared map was proposed as a new nondestructive method to evaluate optical quality and homogeneity of crystal through comparing the IR transmittance with the three-dimensional IR spectral contour map. 展开更多
关键词 zngep_(2)crystals ANNEALING Infrared transmittance Scanning infrared map Optical homogeneity
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大口径超低吸收系数中红外磷锗锌晶体与器件制备 被引量:1
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作者 袁泽锐 窦云巍 +3 位作者 方潘 陈莹 尹文龙 康彬 《中国激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第1期240-243,共4页
光参量振荡(OPO)技术是目前实现全固态可调谐高功率3~5μm中红外激光的主流方案,其核心是红外非线性光学晶体,晶体品质决定红外激光功率水平。磷锗锌(ZnGeP_(2),ZGP)晶体性能优异,被称为“中红外非线性光学晶体之王”,但在0.7~2.2μm附... 光参量振荡(OPO)技术是目前实现全固态可调谐高功率3~5μm中红外激光的主流方案,其核心是红外非线性光学晶体,晶体品质决定红外激光功率水平。磷锗锌(ZnGeP_(2),ZGP)晶体性能优异,被称为“中红外非线性光学晶体之王”,但在0.7~2.2μm附近存在异常的光学吸收带,这阻碍了ZGP OPO功率的进一步提升。针对这一问题,采用自制的梯度冷凝炉,结合超低梯度冷凝技术,生长出3.8~5.0 cm大尺寸ZGP单晶,通过定向、切割、退火、抛光、镀膜等处理后,成功实现了多种规格OPO器件的生产,最大器件尺寸达30 mm×30 mm×40 mm,器件在波长2.09μm和1.064μm处的吸收系数分别低至0.015 cm^(-1)和0.4 cm^(-1)。采用单块超低吸收ZGP OPO器件,实现了3~5μm高功率中红外激光输出,功率达107 W,斜率效率为75%,光光效率为61.8%,光束质量(M^(2))为3.1左右。 展开更多
关键词 激光技术 中红外非线性光学晶体 zngep_(2)单晶 超低梯度冷凝法 高功率中红外激光
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