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技術前沿

進展!南京大學實現5.19微米連續(xù)波中紅外激光

激光制造網 來源:兩江科技評論2024-03-01 我要評論(0 )   

中紅外激光可以用來進行氣體遠程探測、光聲光譜測量、同位素精密分析,在光電對抗領域也是制衡無人機紅外制導、天基和空基導彈防御系統(tǒng)的利器。中紅外激光的獲取困難,...

中紅外激光可以用來進行氣體遠程探測、光聲光譜測量、同位素精密分析,在光電對抗領域也是制衡無人機紅外制導、天基和空基導彈防御系統(tǒng)的利器。中紅外激光的獲取困難,首先是因為中紅外激光晶體的帶隙普遍較大,在中紅外波段(3μm~5μm)的發(fā)射困難;半導體量子級聯激光器(QCL)利用能級設計方法使得半導體具有多個較窄的級聯帶隙,發(fā)射波長較長,波長一般處于4μm~12μm的中紅外波段,但是由于QCL的發(fā)散角較大,波長線寬很寬,峰值功率較低,應用領域受到很大限制,并且功率較高的QCL受到國外禁運,國內很難獲得。另一個原因是中紅外波段的光學元件質量低并且價格高,尤其是高質量的非線性光學晶體,例如周期極化的鈮酸鋰晶體,很多基材以及工藝還需要進口設備,限制了非線性方法產生中紅外激光的途徑。
為了解決這個問題,南京大學祝世寧課題組,采用參量級聯技術克服了鈮酸鋰在5μm波段的吸收損耗,解決了遠至5.19μm的連續(xù)波中紅外激光產生問題,并且波長可從近紅外連續(xù)調諧至中紅外波段,具有結構簡單、波長調諧范圍寬、線寬窄、光束質量好的優(yōu)點,有望應用于氣體探測、光電對抗等領域。該技術采用摻鎂周期極化鈮酸鋰(MgO:PPLN)構成,采用單周期實現了級聯的光參量振蕩過程(TOPO)。該級聯過程由光參量振蕩(OPO)的信號光級聯泵浦光,同時輸出可以波長調諧的三個中紅外波長,并且通過降低腔內損耗,實現了連續(xù)波的諧振輸出,最大輸出功率在3896 nm超過2.6W。該技術的創(chuàng)新點在于通過單一周期實現了級聯光參量振蕩,通過光學加工減小腔內損耗,使得連續(xù)波諧振的OPO能夠進行長波級聯過程。
圖片
圖1. OPO和TOPO的波長調諧
課題組基于鈮酸鋰超晶格材料和激光技術領域多年的積累,開發(fā)的可調諧OPO已成功轉化,并形成覆蓋連續(xù)波、納秒脈沖、皮秒超快等各種類型的中紅外激光器產品,獲得各高校、科研院所及軍工單位用戶的一致好評。目前可調諧激光器產品的最長輸出波長可達4.65μm,最高輸出功率超過10W。


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