進展！南京大學實現5.19微米連續波中紅外激光

中紅外激光可以用來進行氣體(ti) 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製衡無人機紅外製導、天基和空基導彈防禦係統的利器。中紅外激光的獲取困難，首先是因為(wei) 中紅外激光晶體(ti) 的帶隙普遍較大，在中紅外波段（3μm~5μm）的發射困難；半導體(ti) 量子級聯激光器（QCL）利用能級設計方法使得半導體(ti) 具有多個(ge) 較窄的級聯帶隙，發射波長較長，波長一般處於(yu) 4μm~12μm的中紅外波段，但是由於(yu) QCL的發散角較大，波長線寬很寬，峰值功率較低，應用領域受到很大限製，並且功率較高的QCL受到國外禁運，國內(nei) 很難獲得。另一個(ge) 原因是中紅外波段的光學元件質量低並且價(jia) 格高，尤其是高質量的非線性光學晶體(ti) ，例如周期極化的铌酸鋰晶體(ti) ，很多基材以及工藝還需要進口設備，限製了非線性方法產(chan) 生中紅外激光的途徑。

為(wei) 了解決(jue) 這個(ge) 問題，南京大學祝世寧課題組，采用參量級聯技術克服了铌酸鋰在5μm波段的吸收損耗，解決(jue) 了遠至5.19μm的連續波中紅外激光產(chan) 生問題，並且波長可從(cong) 近紅外連續調諧至中紅外波段，具有結構簡單、波長調諧範圍寬、線寬窄、光束質量好的優(you) 點，有望應用於(yu) 氣體(ti) 探測、光電對抗等領域。該技術采用摻鎂周期極化铌酸鋰（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(ge) 中紅外波長，並且通過降低腔內(nei) 損耗，實現了連續波的諧振輸出，最大輸出功率在3896 nm超過2.6W。該技術的創新點在於(yu) 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(nei) 損耗，使得連續波諧振的OPO能夠進行長波級聯過程。

圖1. OPO和TOPO的波長調諧

課題組基於(yu) 铌酸鋰超晶格材料和激光技術領域多年的積累，開發的可調諧OPO已成功轉化，並形成覆蓋連續波、納秒脈衝(chong) 、皮秒超快等各種類型的中紅外激光器產(chan) 品，獲得各高校、科研院所及軍(jun) 工單位用戶的一致好評。目前可調諧激光器產(chan) 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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