中紅外波段激光在分子光譜、氣體(ti) 探測、環境保護、醫學、激光通訊、紅外遙感及光電對抗等領域具有重要的應用，非線性光學頻率變換是目前獲得中紅外激光的有效途徑。常用的中紅外非線性光學晶體(ti) （硫化物及硒化物等）受到低激光損傷(shang) 閾值（<0.1 GW/cm2）的限製，不能夠滿足當今對大功率中紅外激光的迫切需求。尋找具有高激光損傷(shang) 閾值的新型中紅外非線性光學材料是當前中紅外激光研究領域的前沿和熱點。
 
     碳化矽是一種重要的寬禁帶半導體(ti) 材料，由於(yu) 其具有高的熱導率、大的飽和電子漂移速率及高的擊穿場強，從(cong) 而被廣泛應用於(yu) 製備高溫、高頻及大功率電子器件。4H碳化矽點群為(wei) 6mm，理論上存在二階非線性光學效應。同時碳化矽優(you) 異的物理性質，如寬的帶隙（2.3-3.2 eV）、高的熱導率（490 W/m•K）及強的共價(jia) 鍵能（5 eV）等有利於(yu) 提高其抗激光損傷(shang) 能力，其損傷(shang) 閾值可達80 GW/cm2。然而，目前國際上還沒有碳化矽晶體(ti) 非線性光學頻率變換的實驗報道。
　 

     中科院物理研究所/北京凝聚態物理國家實驗室（籌）先進材料與(yu) 結構分析實驗室陳小龍研究組（功能晶體(ti) 研究與(yu) 應用中心）博士生王順衝(chong) 、王剛副研究員等與(yu) 光學物理重點實驗室魏誌義(yi) 研究組博士生詹敏傑等人合作，發現半絕緣4H碳化矽晶體(ti) 在2.5-5.6 μm中紅外波段具有高的透過率，通過重新測量4H碳化矽晶體(ti) 在中紅外波段的折射率，糾正了前人的錯誤報道，在新測折射率的基礎上確定了4H碳化矽的相位匹配條件。他們(men) 首次采用4H碳化矽晶體(ti) ，通過對飛秒超連續光譜的差頻，獲得了波長覆蓋3.9-5.6 μm的寬譜中紅外激光輸出，圖1為(wei) 實驗光路示意圖，圖2為(wei) 產(chan) 生的中紅外光譜。在430mW的泵浦光下，獲得平均功率為(wei) 0.2mW、最強輸出波長為(wei) 5.45μm的中紅外超短脈衝(chong) 激光。他們(men) 還利用整形後的泵浦光，通過調整晶體(ti) 的相位匹配角（76-89°），實現了在3.92-4.28μm以及4.87-5.25μm波長範圍內(nei) 的可調諧中紅外激光輸出。由於(yu) 4H碳化矽可以獲得高質量的大尺寸晶體(ti) ，並具有高的損傷(shang) 閾值和較大的二階非線性光學係數，因此有望進一步實現大功率的中紅外激光輸出。相關(guan) 結果發表在近期出版的Laser & Photonics Reviews雜誌上。

　　上述工作得到了國家自然科學基金委、科技部和中科院的支持。

                                                           圖1：差頻實驗光路示意圖。
 

         圖2：差頻後獲得的中紅外激光光譜，左上為(wei) 用於(yu) 差頻實驗的4H碳化矽晶體(ti) 。