1 中国工程物理研究院应用电子学研究所，四川 绵阳 621900
2 中国工程物理研究院化工材料研究所，四川 绵阳 621900
3 中国工程物理研究院研究生院，四川 绵阳 621900
中国激光
2023, 50(24): 2416005
1 中国工程物理研究院化工材料研究所，四川 绵阳 621999
2 四川省新材料研究中心，四川 成都 610200
3 中国工程物理研究院高能激光科学与技术重点实验室，四川 绵阳 621999
光参量振荡(OPO)技术是目前实现全固态可调谐高功率3～5 μm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(ZnGeP2,ZGP)晶体性能优异，被称为“中红外非线性光学晶体之王”，但在0.7～2.2 μm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2.09 μm和1.064 μm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3～5 μm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(M2)为3.1左右。
1 中国工程物理研究院化工材料研究所, 绵阳 621999
2 四川省新材料研究中心, 成都 610200
3 中国工程物理研究院高能激光科学与技术重点实验室, 绵阳 621999
锶镉锗硒(SrCdGeSe4)晶体是近期被发现的一种性能优异的新型红外非线性光学材料。本研究采用自制的双温区管式炉成功合成出SrCdGeSe4多晶, 单次合成量达到300 g; 采用坩埚下降法首次生长出SrCdGeSe4单晶, 尺寸为27 mm×80 mm; 通过定向、切割和抛光等程序, 得到几个不同尺寸的定向SrCdGeSe4晶片, 选取一片8×8×2 mm3双面抛光(110)晶片测试了摇摆曲线、红外透过光谱和激光损伤阈值。结果显示: (220)摇摆曲线半峰宽为44.8″, 该晶体的短波透过截止边为596 nm, 且在1~14 μm波长范围内透过率超过68%; 另外, 晶体在Nd∶YAG脉冲激光, 脉宽5 ns, 重复频率1 Hz, 光斑直径0.15 mm测试条件下, 激光损伤阈值为530 MW/cm2。
红外非线性光学材料 SrCdGeSe4单晶 坩埚下降法 单晶生长 性质表征 infrared nonlinear optical material SrCdGeSe4 single crystal vertical Bridgman-Stockbarger method single crystal growth characterization
1 中国工程物理研究院化工材料研究所, 绵阳 621999
2 四川省新材料研究中心, 成都 610200
3 中国工程物理研究院高能激光科学与技术重点实验室, 绵阳 621999
磷锗锌(ZnGeP2, ZGP)晶体是一种性能十分优异的中红外非线性光学材料。本研究采用自制的双温区管式炉成功合成出高纯ZGP多晶, 单次合成量达到600 g; 采用超微梯度水平冷凝法(0.5~1 ℃/cm)成功生长出55 mm×30 mm×160 mm的大尺寸ZGP单晶; 通过工艺优化、定向、切割、退火、抛光和高能束流辐照等处理工艺, 成功实现大口径(12 mm×12 mm×50 mm)ZGP晶体器件制备, 器件在2.09 μm的吸收系数仅为0.03 cm-1, 可以用于大能量和高平均功率红外激光输出。
中红外非线性光学晶体 ZnGeP2单晶 水平梯度冷凝法 晶体生长 mid-infrared nonlinear optical crystal ZnGeP2 single crystal horizontal gradient freeze method crystal growth
1 中国工程物理研究院化工材料研究所，绵阳 621999
2 四川省新材料研究中心，成都 610200
3 中国工程物理研究院高能激光科学与技术重点实验室，绵阳 621999
镝掺杂硫镓铅(Dy∶PbGa2S4，Dy∶PGS)晶体是一种性能优良、具有潜在应用价值的中红外激光介质材料。为推动该晶体的实用化研究，迫切需要制备出大尺寸高品质Dy∶PGS单晶。本研究采用自制的双温区管式炉成功合成Dy∶PbGa2S4多晶，单次合成量达到230 g; 首次采用竖直梯度冷凝法制备该晶体并成功生长出大尺寸高质量Dy∶PbGa2S4单晶，尺寸达到27 mm×100 mm; 通过切割和抛光等处理工艺，成功加工出Dy∶PbGa2S4晶体器件，为下一步的激光应用研究打下了坚实基础。
中红外激光晶体 Dy∶PbGa2S4单晶 竖直梯度冷凝法 晶体生长 mid-infrared laser crystal Dy∶PbGa2S4 single crystal vertical gradient freezing method crystal growth
1 中国工程物理研究院化工材料研究所，绵阳 621900
2 中国工程物理研究院高能激光科学与技术重点实验室，绵阳 621900
3 中国科学院理化技术研究所人工晶体研发中心，北京 100190
钡镓锗硒(BaGa2GeSe6，BGGSe)晶体是由中国科学家发明的一种性能优异的新型红外非线性光学材料。目前国内未见到关于该晶体的大尺寸制备报道。 本研究采用自制的双温区管式炉成功合成出BGGSe多晶，单次合成量达到400 g；采用坩埚下降法生长出大尺寸高质量BGGSe单晶，尺寸为30 mm×90 mm，为 国内首次；通过定向、切割和抛光等处理工艺，成功制备出BGGSe晶体器件，为该晶体下一步的应用研究打下了坚实基础。
红外非线性光学晶体 BaGa2GeSe6单晶 坩埚下降法 晶体生长 infrared nonlinear optical crystal BaGa2GeSe6 single crystal Bridgman-stockbarger method crystal growth
1 吉林省固体激光技术与应用重点实验室 长春理工大学, 吉林 长春 130022
2 四川省新材料研究中心, 四川 成都 610000
8~12 μm波段是大气的一个窗口, 被定义为长波红外波段。该波段激光对雾、烟尘等具有较强的穿透力, 在激光光电对抗、激光遥感、医疗、环境监测及光通讯领域具有重要的应用前景。本文调研了常用的8~12 μm非线性频率变换晶体, 以及基于非线性频率变换晶体的远红外光参量振荡器的研究进展, 对国内外能实现8~12 μm波段激光输出的非线性晶体及激光系统进行了系统地归纳和总结, 通过分析比较得出在8~12 μm波段获得的最大输出能量为毫焦量级, 最大功率为瓦量级。国内该技术与国外有着不小的差距, 主要受制于高重频、高功率脉冲1~3 μm泵浦源技术不成熟及高性能非线性晶体材料研制基础薄弱, 我国在长波远红外固体激光器领域研究进展缓慢, 因此研制大尺寸、高质量远红外激光晶体及输出波长更长的远红外高功率激光器已经成为激光器未来发展方向之一。
远红外 非线性晶体 光参量振荡器 固体激光器 8~12 μm 8-12 μm far-infrared nonlinear crystals optical parametric oscillator solid-state lasers
