研究背景及概述

中紅外波段通常指2.5~25μm的電磁波譜范圍。中紅外波段包含大氣傳輸窗口，并且許多氣體分子的振動(dòng)吸收峰、有機(jī)官能團(tuán)和化學(xué)鍵的指紋譜位于中紅外波段，因此在光電對(duì)抗、氣體檢測(cè)、生物醫(yī)學(xué)、遙感探測(cè)等領(lǐng)域都具有廣泛的應(yīng)用前景。基于非線性光學(xué)頻率變換技術(shù)的中紅外固體激光源具有調(diào)諧范圍寬、調(diào)諧方式簡(jiǎn)單的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，可在室溫條件下運(yùn)轉(zhuǎn)，穩(wěn)定性高?；诖祟?lèi)激光源產(chǎn)生的可調(diào)諧中紅外激光可用于材料特性研究、紅外激光吸收光譜測(cè)量、高光譜成像等領(lǐng)域。

非線性晶體是非線性光學(xué)頻率變換技術(shù)的核心器件，其物理與光學(xué)特性直接影響激光源的輸出性能。相比于氧化型晶體，非氧化型晶體在4μm以上受多聲子吸收效應(yīng)影響較小，其在寬帶調(diào)諧中紅外激光產(chǎn)生方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。隨著材料科學(xué)與晶體生長(zhǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，近年來(lái)不斷有新型非氧化型晶體用于可調(diào)諧中紅外激光產(chǎn)生的相關(guān)報(bào)道?？紤]到近紅外1μm激光產(chǎn)生技術(shù)泵浦結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，且具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、技術(shù)成熟的優(yōu)勢(shì)，利用近紅外1μm激光泵浦非氧化型中紅外晶體產(chǎn)生寬帶可調(diào)諧中紅外激光具有極高的應(yīng)用價(jià)值。

本文從非線性光學(xué)頻率變換激光源的增益介質(zhì)—非線性晶體材料出發(fā)，全面綜述幾種新型紅外非線性晶體在近紅外激光泵浦下的可調(diào)諧中紅外激光器的發(fā)展現(xiàn)狀，包括三元的磷屬、硫?qū)倬w以及準(zhǔn)相位匹配晶體，分析非線性晶體材料的光學(xué)特性與中紅外激光器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和輸出性能之間的關(guān)系，最后對(duì)國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展進(jìn)行總結(jié)，并對(duì)其發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行展望。

圖1 近紅外激光泵浦的中紅外差頻產(chǎn)生系統(tǒng)示意圖

圖2 近紅外激光泵浦的中紅外光學(xué)參量振蕩器示意圖

科研團(tuán)隊(duì)介紹

天津大學(xué)激光與太赫茲光子學(xué)技術(shù)團(tuán)隊(duì)依托天津大學(xué)精密儀器與光電子工程學(xué)院、光電信息技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、微光機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（B類(lèi)）。目前團(tuán)隊(duì)擁有教授2人，副教授2人，多人入選教育部、天津市優(yōu)秀人才計(jì)劃。課題組先后承擔(dān)國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、民口/軍口973、863、國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)/面上/國(guó)合項(xiàng)目等國(guó)家級(jí)項(xiàng)目80余項(xiàng)。近五年發(fā)表SCI/EI論文187篇，出版書(shū)籍5本，獲批專利10余項(xiàng)。曾獲重慶市科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)、浙江省科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)、浙江省高校優(yōu)秀科研成果二等獎(jiǎng)、中國(guó)光學(xué)科技獎(jiǎng)等省部級(jí)以上獎(jiǎng)勵(lì)。

課題組研究成果如特種激光光源、光學(xué)太赫茲源、激光及太赫茲測(cè)量系統(tǒng)等，已廣泛應(yīng)用于航空航天、深海探測(cè)、生物醫(yī)學(xué)等國(guó)家重大戰(zhàn)略領(lǐng)域。目前主要的研究方向有：（1）高性能全固態(tài)激光及非線性光學(xué)頻率變換技術(shù)；（2）激光雷達(dá)探測(cè)及對(duì)抗技術(shù)；（3）高性能、寬調(diào)諧太赫茲光子學(xué)輻射源技術(shù)；（4）太赫茲波在生物醫(yī)學(xué)檢測(cè)中的應(yīng)用研究；（5）太赫茲大氣傳輸及雷達(dá)目標(biāo)特性研究。

作者介紹

陳鍇（第一作者），天津大學(xué)精密儀器與光電子工程學(xué)院，博士生。主要從事中遠(yuǎn)紅外-太赫茲產(chǎn)生和應(yīng)用技術(shù)研究，包括太赫茲參量產(chǎn)生技術(shù)、太赫茲波等離子體傳輸特性研究、寬帶調(diào)諧中紅外產(chǎn)生技術(shù)等。目前以第一作者身份發(fā)表SCI論文5篇。

徐德剛（通訊作者），天津大學(xué)精密儀器與光電子工程學(xué)院英才教授，博士生導(dǎo)師，微光機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任。教育部新世紀(jì)優(yōu)秀人才、天津市131創(chuàng)新型人才計(jì)劃、天津大學(xué)北洋青年學(xué)者。目前擔(dān)任中國(guó)光學(xué)學(xué)會(huì)激光專業(yè)委員會(huì)常務(wù)委員、天津市激光學(xué)會(huì)副理事長(zhǎng)、《光子學(xué)報(bào)》和《光電子技術(shù)》期刊編委等工作。多年來(lái)主要從事激光與光電子技術(shù)、太赫茲技術(shù)以及激光雷達(dá)等研究工作，主持或參與國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、科技部863和軍口863項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目、面上項(xiàng)目、國(guó)合項(xiàng)目等國(guó)家級(jí)項(xiàng)目30余項(xiàng)。已出版《全固態(tài)激光與非線性光學(xué)頻率變換技術(shù)》等專著3部，發(fā)表學(xué)術(shù)論文270余篇，Web of science數(shù)據(jù)庫(kù)檢索已被引用1500多次，獲批發(fā)明專利10項(xiàng)；獲得重慶市科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)、浙江省科學(xué)技術(shù)二等獎(jiǎng)。