Author Affiliations
Abstract
1 Laboratory of Infrared Materials and Devices, Research Institute of Advanced Technologies, Ningbo University, Ningbo 315211, China
2 Zhejiang Key Laboratory of Photoelectric Materials and Devices, Ningbo University, Ningbo 315211, China
3 Ningbo Institute of Oceanography, Ningbo 315832, China
4 Department of Quantum Science and Technology, Research School of Physics, Australian National University, Canberra, ACT 2601, Australia
The design of nonlinear photonic Vogel’s spiral based on quasi-crystal theory was demonstrated. Two main parameters of Vogel’s spiral were arranged to obtain multi-reciprocal circles. Typical structure was fabricated by the near-infrared femtosecond laser poling technique, forming a nonlinear photonic structure, and multiple ring-like nonlinear Raman–Nath second-harmonic generation processes were realized and analyzed in detail. The structure for the cascaded third-harmonic generation process was predicted. The results could help deepen the understanding of Vogel’s spiral and quasi-crystal and pave the way for the combination of quasi-crystal theory with more aperiodic structures.
nonlinear photonic quasi-crystal second-harmonic generation Vogel’s spiral nonlinear Raman–Nath diffraction femtosecond laser poling Chinese Optics Letters
2024, 22(3): 031902
1 宁波大学高等技术研究院红外材料及器件实验室，浙江 宁波 315211
2 宁波大学浙江省光电探测材料及器件重点实验室，浙江 宁波 315211
3 宁波大学先进红外光电材料及器件浙江省工程研究中心，浙江 宁波 315211
4 宁波海洋研究院，浙江 宁波 315832
稳定、高效和宽带发光的簇合物在生物成像、传感、光电子和照明等领域具有广阔的应用前景。这种发光簇合物的合成通常依赖于溶液处理和湿化学沉积法，面临着巨大的挑战。本文通过改变玻璃的网络拓扑结构和熔融条件精细调控碲的存在形态，在过冷溶体中合成全无机碲簇合物，即碲团簇掺杂硼酸盐玻璃。实验结果表明，在还原气氛下，结合具有较高网络聚合度的玻璃和氧化铝分散效应控制团簇的大小和形状以稳定形成近红外活性D2h-Te4团簇，并在全无机碲团簇D2h-Te4掺杂硼酸盐玻璃中实现808 nm激光器泵浦的高效超宽带近红外发光。
材料 碲团簇 硼酸盐玻璃 宽带光致发光 熔融条件 网络聚合度 激光与光电子学进展
2022, 59(15): 1516005
1 宁波大学 信息科学与工程学院 红外材料及器件实验室，浙江 宁波 315211
2 浙江省光电探测材料及器件重点实验室，浙江 宁波 315211
3 宁波海洋研究院，浙江 宁波 315832
Ge-As-Se-Te（GAST）硫族化物玻璃拥有超过20 μm的超宽透射范围，是一种可应用于中红外（MIR）和远红外(FIR)波段的优良光学材料。通过熔融淬火法制备了GexAs40−xSe40Te20（x = 0、10、20、30、40 mol%）系列硫系玻璃，采用不同波长（800 nm，3 μm和4 μm）、功率和重复频率的飞秒激光辐照硫系玻璃，利用扫描电子显微镜（SEM）和拉曼光谱等手段研究了GAST的激光损伤特性。研究结果发现，GexAs40-xSe40Te20玻璃的激光诱导损伤阈值（LIDT）随着样品中Ge含量的增加而增加，在800 nm下Ge30As10Se40Te20玻璃的LIDT达到最高40.16 mJ/cm2。随着飞秒激光波长增加，系列玻璃的LIDT也逐步增加，Ge30As10Se40Te20在4 μm激光辐照下LIDT达到81.09 mJ/cm2。此外，研究结果表明样品LIDT随着激光的脉冲辐照数量和重复率的增加将逐渐减小。
硫系玻璃 飞秒激光 激光诱导损伤阈值 chalcogenide glass femtosecond lasers laser-induced damage threshold (LIDT) 红外与激光工程
2022, 51(4): 20210222
1 宁波大学高等技术研究院 红外材料及器件实验室, 浙江 宁波 315211
2 宁波海洋研究院, 浙江 宁波 315211
由于在人眼安全、光电探测、中红外超连续谱产生等方面的应用, 2.0 μm波段中红外激光器引起了人们越来越广泛的关注。本文采用熔融-淬冷法制备了含BaF2纳米晶、Tm3+离子单掺及Ho3+/Tm3+共掺的85SiO2-7.5KF-7.5BaF2(SKB)玻璃陶瓷, 表征了样品的拉曼光谱、吸收光谱、808 nm泵浦下在2.0 μm处的发光性能, 得到了实验过程中Ho3+/Tm3+的最佳掺杂浓度。结果发现, Ho2O3、Tm2O3掺杂浓度均为1.0%时, 2.0 μm处Ho3+: 5I7→5I8发射峰强度达到最大, 并对Ho3+和Tm3+之间的能量转移机制进行了详细分析和讨论。研究表明, Tm3+/Ho3+共掺的BaF2纳米晶SiO2-KF-BaF2玻璃陶瓷有望成为2.0 μm波段中红外固体激光器的增益基质。
硅酸盐玻璃 稀土离子掺杂 2.0 μm发光 中红外发光 silicate glass rare earth ion doped 2.0 μm fluorescence BaF2 BaF2 mid-infrared emission
1 宁波大学 信息学院 高等技术研究院 红外材料与器件实验室, 浙江 宁波 315211
2 浙江省光电探测材料及器件重点实验室, 浙江 宁波 315211
3 嘉兴学院 南湖学院, 浙江 嘉兴 314001
从玻璃组分与玻璃光学折射率分布及零色散波长位置的影响机理出发, 研究低色散卤化物对硫系玻璃的色散调控作用.制备了Ge-Ga-Se-CsI硫卤玻璃, 利用差示扫描量热仪、红外椭偏仪、红外光谱仪等测试了该玻璃的物化性质, 分析了原料和玻璃提纯工艺、CsI含量对玻璃形成以及透过范围的影响, 并计算了该玻璃的材料色散.实验结果表明: 该玻璃的透过范围可覆盖可见光至中远红外波段(0.55~18 μm); 该玻璃的材料零色散点随着CsI含量的增加明显蓝移, 摩尔百分比为20%和40%的CsI含量可使该玻璃材料的零色散波长蓝移至3.5 μm和1.5 μm附近, 且该玻璃的热稳定性较好, 有利于低色散中红外光纤的制备和应用.结合玻璃提纯技术和高温聚合物保护拉丝光纤拉丝工艺, 获得了最低损耗为8.2 dB/m的单折射率硫卤玻璃光纤.
硫卤玻璃 材料色散 色散蓝移 低零色散点 中红外光纤 Chalcohalide glass Material dispersion Dispersion blue shift Low zero dispersion wavelength Mid-infrared fiber
1 宁波大学高等技术研究院红外材料及器件实验室, 浙江 宁波 315211
2 浙江省光电探测材料及器件重点实验室, 浙江 宁波 310027
采用自制的As2Se3玻璃棒,制备了具有不同厚度、背面粗糙度和表面光洁度的样品,借助红外光谱椭偏仪测试了样品折射率,通过光学模型拟合得到了其折射率参数。对比分析了厚度、背面粗糙度和表面光洁度对样品折射率的影响。结果表明:样品厚度、背面粗糙度和表面光洁度都会明显影响椭偏仪的测量精度,其中表面光洁度是关键因素。样品厚度应控制在1~3 mm,同时增大样品背面粗糙度和样品表面光洁度,可显著提高椭偏仪的测试精度。
测量 折射率 准确性 红外椭偏仪 As2Se3硫系玻璃
1 宁波大学 高等技术研究院 红外材料及器件实验室, 浙江 宁波 315211
2 浙江省光电探测材料及器件重点实验室, 浙江 宁波 315211
3 云南北方驰宏光电有限公司, 云南 昆明 650000
针对市场上现有红外广角镜头大多采用定焦结构且缺乏无热化设计的现状, 根据光学变焦系统的设计原理, 设计了一种有效焦距范围为10~24 mm(变倍比为2.4:1)、视场角变化范围为34°~90°、工作波段为8~12 μm、F/#为2.8的无热化连续变焦广角镜头。考虑到红外镜头多用在温度变化较大的使用环境中, 系统设计选用了硫系玻璃NBU-IR2(Ge20Sb15Se65)以及常规红外材料锗(Ge)和硫化锌(ZnS)制备的六片镜片, 通过合理分配各个镜片的光焦度及其空气间隔等参数, 在连续变焦设计的基础上实现了无热化的光学设计效果。实验结果显示, 系统在-40~60 ℃的温度范围内均可实现品质良好的红外热成像效果, 调制传递函数全视场范围内均大于0.25。系统结构较为紧凑简单、质量较轻, 仅在一片硫系玻璃镜片上设计了一处非球面, 可有效控制光学系统的加工成本。整体设计适用于车载夜视等应用领域。
光学设计 广角镜头 无热化 非球面 optical design wide-angle lens athermalized design aspheric surfaces 红外与激光工程
2018, 47(3): 0321001
1 宁波大学高等技术研究院红外材料及器件实验室, 浙江 宁波 315211
2 宁波大学浙江省光电探测材料及器件重点实验室, 浙江 宁波 315211
中红外激光覆盖了许多分子吸收特征谱线, 在**遥感测距、环境监测、大气通信、生物工程、医疗、加工等领域有着重要的应用价值和广阔的发展前景。利用稀土掺杂硫系玻璃光纤制备光纤激光器是直接获得3~5 μm波段中红外激光的有效途径。综述了国内外稀土掺杂硫系光纤的最新研究进展以及硫系光纤掺杂的主要问题, 讨论了中红外硫系玻璃光纤发展中存在的难点, 对中红外稀土掺杂硫系玻璃光纤的研究方向和发展前景进行了展望。
材料 硫系玻璃光纤 稀土掺杂 中红外激光 激光与光电子学进展
2017, 54(2): 020003
1 宁波大学 高等技术研究院 红外材料及器件实验室, 浙江 宁波 315211
2 浙江省光电探测材料及器件重点实验室,浙江 宁波 315211
3 云南北方驰宏光电有限公司,昆明 65000
设计了一种工作波段为8~12 μm、有效焦距为5 mm、F数为2、视场角为110°的无热化长波红外广角镜头.根据红外无热化光学设计的基本原理, 用了常规红外材料硫化锌、硒化锌和硫系玻璃材料制备的六片镜片, 通过合理地分配各个镜片的光焦度以及相互间空气间隔等参量, 在全视场角为110°的范围内实现接近衍射极限的成像效果.为了更好地控制系统像差, 设计利用了硫系玻璃易于精密模压制备非球面的优点, 在两片硫系玻璃镜片上设计了3处非球面.设计结果显示: 系统在-40℃~60℃的温度范围内均可实现品质良好的红外成像, 光学调制函数全视场内均大于0.4, 同时在110°视场角时畸变控制在5%以下; 实现了在较大视场角条件下控制红外广角镜头的畸变以及系统无热化等设计要求.该系统体积紧凑、质量较轻, 整体设计符合民用红外车载镜头的使用要求.
红外成像 几何光学 光学设计 广角镜头 红外光学系统 无热化 非球面 硫系玻璃 畸变 Infrared imaging Geometrical optics Optical design Wide-angle lens Infrared optical system Athermalized design Aspheric surfaces Chalcogenide glass Distortion 光子学报
2016, 45(12): 1211003
1 宁波大学信息科学与工程学院, 浙江 宁波 315211
2 宁波教育学院网络与教育技术中心, 浙江 宁波 315016
基于四波混频(FWM)效应的光生毫米波(MMW)技术因对信号频率、幅度和相位无限制且光转换效率高，已成为光生毫米波技术研究的一个重点方向。回顾了基于四波混频的光生毫米波技术的研究历程，讨论了目前基于半导体光放大器(SOA)、高非线性光纤(HNLF)和硅基波导等光学器件的四波混频效应生成毫米波的三种技术路线，综述了硫系玻璃光纤和硫系波导在光生毫米波领域的研究进展，并对光生毫米波技术的发展前景进行了展望。
非线性光学 光生毫米波 四波混频 半导体光放大器 高非线性光纤 硫系波导 硫系玻璃光纤 激光与光电子学进展
2016, 53(5): 050001
