近红外激光泵浦的中红外差频产生系统研究

研究背景及概述

中红外波段通常指2.5~25μm的电磁波谱范围。中红外波段包含大气传输窗口，并且许多气体分子的振动吸收峰、有机官能团和化学键的指纹谱位于中红外波段，因此在光电对抗、气体检测、生物医学、遥感探测等领域都具有广泛的应用前景。基于非线性光学频率变换技术的中红外固体激光源具有调谐范围宽、调谐方式简单的优势，同时其系统结构紧凑，可在室温条件下运转，稳定性高。基于此类激光源产生的可调谐中红外激光可用于材料特性研究、红外激光吸收光谱测量、高光谱成像等领域。

非线性晶体是非线性光学频率变换技术的核心器件，其物理与光学特性直接影响激光源的输出性能。相比于氧化型晶体，非氧化型晶体在4μm以上受多声子吸收效应影响较小，其在宽带调谐中红外激光产生方面具有显著优势。随着材料科学与晶体生长技术的不断发展，近年来不断有新型非氧化型晶体用于可调谐中红外激光产生的相关报道。考虑到近红外1μm激光产生技术泵浦结构相对简单，且具有结构紧凑、体积小、技术成熟的优势，利用近红外1μm激光泵浦非氧化型中红外晶体产生宽带可调谐中红外激光具有极高的应用价值。

本文从非线性光学频率变换激光源的增益介质—非线性晶体材料出发，全面综述几种新型红外非线性晶体在近红外激光泵浦下的可调谐中红外激光器的发展现状，包括三元的磷属、硫属晶体以及准相位匹配晶体，分析非线性晶体材料的光学特性与中红外激光器的结构特点和输出性能之间的关系，最后对国内外研究进展进行总结，并对其发展趋势进行展望。

图1 近红外激光泵浦的中红外差频产生系统示意图

图2 近红外激光泵浦的中红外光学参量振荡器示意图

科研团队介绍

天津大学激光与太赫兹光子学技术团队依托天津大学精密仪器与光电子工程学院、光电信息技术教育部重点实验室、微光机电系统技术教育部重点实验室（B类）。目前团队拥有教授2人，副教授2人，多人入选教育部、天津市优秀人才计划。课题组先后承担国家重点研发计划、民口/军口973、863、国家自然科学基金重点/面上/国合项目等国家级项目80余项。近五年发表SCI/EI论文187篇，出版书籍5本，获批专利10余项。曾获重庆市科技进步一等奖、浙江省科学技术奖二等奖、浙江省高校优秀科研成果二等奖、中国光学科技奖等省部级以上奖励。

课题组研究成果如特种激光光源、光学太赫兹源、激光及太赫兹测量系统等，已广泛应用于航空航天、深海探测、生物医学等国家重大战略领域。目前主要的研究方向有：（1）高性能全固态激光及非线性光学频率变换技术；（2）激光雷达探测及对抗技术；（3）高性能、宽调谐太赫兹光子学辐射源技术；（4）太赫兹波在生物医学检测中的应用研究；（5）太赫兹大气传输及雷达目标特性研究。

作者介绍

 

陈锴（第一作者），天津大学精密仪器与光电子工程学院，博士生。主要从事中远红外-太赫兹产生和应用技术研究，包括太赫兹参量产生技术、太赫兹波等离子体传输特性研究、宽带调谐中红外产生技术等。目前以第一作者身份发表SCI论文5篇。

 

徐德刚（通讯作者），天津大学精密仪器与光电子工程学院英才教授，博士生导师，微光机电系统技术教育部重点实验室主任。教育部新世纪优秀人才、天津市131创新型人才计划、天津大学北洋青年学者。目前担任中国光学学会激光专业委员会常务委员、天津市激光学会副理事长、《光子学报》和《光电子技术》期刊编委等工作。多年来主要从事激光与光电子技术、太赫兹技术以及激光雷达等研究工作，主持或参与国家重点研发计划、科技部863和军口863项目、国家自然科学基金重点项目、面上项目、国合项目等国家级项目30余项。已出版《全固态激光与非线性光学频率变换技术》等专著3部，发表学术论文270余篇，Web of science数据库检索已被引用1500多次，获批发明专利10项；获得重庆市科技进步一等奖、浙江省科学技术二等奖。

编辑：峰会