中国科学院上海技术物理研究所传感技术联合国家重点实验室，上海 200083
杂散光抑制是保证红外遥感数据定量化反演精度和图像质量的前提。为了抑制系统杂散光，利用点源透过率（PST）与杂散光系数（VGI）的函数关系计算了VGI，并分别用VGI和杂散比（NSR）作为指标对系统外部杂散光和系统背景辐射的抑制方法进行了研究。结果表明：采用冷光学设计能有效抑制系统背景辐射，此时系统工作的三个波段NSR从4.5以上降低至0.35以下。制冷机制冷是冷光学设计和探测器工作的基础，研究了杜瓦窗口和冷屏设计对VGI、NSR和制冷机功耗的影响，进而优化了窗口和冷屏的设计参数。拟合实验数据明确了杜瓦漏热与制冷机功耗的函数关系，提出了一种低制冷功耗和高杂散光抑制的冷屏设计，此时杜瓦漏热为1.7 W，制冷机功耗为103.72 W，系统的VGI从1.95%降低至1.92%，窗口的NSR下降了60%，满足项目要求。研究结果解决了低温光学设计、制冷机功耗和杂散光抑制等一系列问题，组件通过力学试验，已成功运用于某项目用光谱成像仪中。
光学设计 杂散光 杜瓦窗口 冷光学设计 杂散光系数 制冷功耗
1 温州大学 电气与电子工程学院 温州市微纳光电器件重点实验室，浙江 温州 325035
2 青岛海泰光电技术有限公司，山东 青岛 266100
报道了基于KTA晶体671 cm−1和234 cm−1频移的LD端面抽运被动调Q级联拉曼激光器。采用Nd:YAG/Cr 4+:YAG复合晶体产生被动调Q的脉冲基频激光来驱动KTA晶体，研究了不同入射抽运功率下级联拉曼激光的输出功率、光谱和脉冲特性。随着抽运功率的增加，输出激光波长从以671 cm−1和234 cm−1频移级联拉曼的1178 nm单波长过渡到与1212 nm同时输出的双波长。在10.05 W的入射抽运功率下，获得了280 mW平均输出功率，6.2%转化效率的双波长激光。对应的脉冲宽度和重复频率分别为1.2 ns和10.3 kHz，单脉冲能量和峰值功率分别为27.2 μJ和22.7 kW。结果表明：基于KTA两个相当增益强度的频移，结合腔镜镀膜控制可以获得丰富的斯托克斯激光波长。
拉曼激光 KTA晶体 被动调Q YAG晶体 Raman laser KTA crystal passive Q-switch YAG crystal 红外与激光工程
2023, 52(10): 20230079
1 中国科学院上海技术物理研究所 传感技术联合国家重点实验室，上海 200083
2 中国科学院上海技术物理研究所，上海 200083
红外谱段（8~12.5 μm）作为红外对地光学载荷的主要探测谱段，在对地遥感领域发挥着重要的作用。以红外成像仪载荷的杜瓦组件为研究对象，宽幅高分辨率红外系统的光机结构作为输入边界，分析了关键面对系统杂散光的影响。为了抑制杂散光和降低背景辐射，利用柔性波纹管隔热实现200 K窗口和窗口帽低温设计。进一步分析了杜瓦组件窗口、窗口外壳、冷屏结构及表面处理工艺等对杜瓦内部杂散光的影响。冷屏采用三级挡板设计，滤光片为三波段集成，同时在考虑装配和加工精度的情况下，冷屏和滤光片支架采用分离方式。卫星红外成像仪载荷在轨运行良好，成像效果较好。为杜瓦设计和加工选择提供了一定依据。
红外探测 波纹管隔热设计 杂散光 杜瓦组件 infrared detection bellows insulation design stray light Dewar components 红外与激光工程
2023, 52(7): 20220823
1 中国科学院上海技术物理研究所传感技术联合国家重点实验室，上海 200083
2 中国科学院上海技术物理研究所，上海 200083
为了提高大口径红外长波相机光学系统的成像质量，对红外长波杜瓦的温度场在不同窗口温度下进行了有限元分析和实验验证，明确了杜瓦窗口温度对探测器杂散光和冷屏热辐射的影响。结果表明，当窗口温度为200 K时，可有效抑制窗口引入的背景杂散光，满足设计需求。结合窗口工作温度，分析了力、热和力-热耦合对杜瓦窗口厚度、口径等设计参数的影响，并利用Zernike多项式对杜瓦窗口的形变量进行拟合，以调制传递函数和波像差作为评价指标，实现了大口径长波红外杜瓦组件的窗口变形控制。为了减小低温窗口引起的漏热以及确保窗口的可靠性，采用钛合金外壳实现杜瓦的低漏热以及更高强度的力学支撑。分析了厚度和口径分别为4 mm和58 mm的杜瓦窗口在三种工况下的形变对红外相机系统成像质量的影响。
光学设计 红外探测 杜瓦窗口 冷光学设计 力-热耦合 成像质量 中国激光
2023, 50(14): 1410003
1 中国科学院上海技术物理研究所 传感技术联合国家重点实验室，上海 200083
2 中国科学院上海技术物理研究所，上海 200083
为了满足低温光学系统低背景、低功耗和红外探测器制冷组件高环境适应性的要求，提出了探测器制冷组件杜瓦主体（窗口、窗口帽和引线盘） 200 K低温保持，与制冷机膨胀机或脉管散热面柔性绝热连接的设计思想。针对低温光学用杜瓦柔性外壳工程应用中的特点，文中以某低温光学用长波12.5 μm 2 000元红外探测器杜瓦组件以例，提出了波纹管作为绝热连接的柔性外壳，重点阐述杜瓦柔性波纹管隔热、力学和相关漏热的设计，并开展不同热负载条件下波纹管热特性验证，可实现最小温度梯度为37.22 K，绝热热阻为1142 K/W，误差在37%。为综合评价低温光学用柔性外壳结构杜瓦组件的性能，对某低温光学用长波12.5 μm 2 000元探测器柔性外壳杜瓦组件开展热真空和鉴定级的力学试验考核验证，试验结果表明实现了200 K低温窗口，探测器60 K工作，杜瓦漏热为544 mW，低温工况工作时相对于常温工况制冷机的功耗下降了53%，并通过了4 g的随机力学考核，验证了低温光学用杜瓦柔性波纹管外壳模型合理可行，对于后续低温光学用杜瓦柔性外壳结构工程应用提供了重要参考。
波纹管 杜瓦 低温光学 低温隔热 热特性 bellows Dewar cryogenic optics heat insulation thermal properties 红外与激光工程
2022, 51(12): 20220180
1 温州大学 电气与电子工程学院 温州市微纳光电器件重点实验室，浙江 温州 325035
2 江苏师范大学 江苏省先进激光材料与器件重点实验室，江苏 徐州 221116
报道了采用真空烧结法结合热等静压技术制备的Nd:Y2O3透明陶瓷的荧光光谱特性及相关激光输出。通过与Nd:YAG透明陶瓷的荧光光谱对比，表明Nd:Y2O3透明陶瓷的4F3/2-4I11/2跃迁光谱存在着多个增益相当的谱线，这更有利于实现同时双波长段激光振荡；不同斯塔克子跃迁光谱的离散特性有利于通过腔镜镀膜控制不同波长损耗，获得丰富的1.0~1.1 μm波段激光。利用简单的平平两镜腔结构完成进一步的实验，通过选择的输出镜片镀膜获得了输出功率3.62 W、转换效率40.4%的1074.6 nm和1078.8 nm的双波长输出和输出功率1.7 W、转换效率19.4%的1130.3 nm波长输出。
Nd:Y2O3 激光透明陶瓷 双波长 1 130 nm激光 Nd:Y2O3 laser transparent ceramics dual-wavelength 1 130 nm laser 红外与激光工程
2022, 51(6): 20210601
1 中国科学院上海技术物理研究所传感技术国家重点实验室，上海 200083
2 中国科学院上海技术物理研究所，上海 200083
针对拼接型多波段长波红外探测器组件在冷光学系统中的应用要求，本文分析了低温光学用多波段长波红外探测器封装的难点。本团队通过研究4个512×12模块呈品字形拼接后与4个三波段集成滤光片的低温配准、组件在200 K低温光窗的支撑与隔热、探测器与制冷机耦合应力等封装技术，提出了可以实现三波段集成滤光片与探测器背套对中误差在10 μm以下的配准方法以及红外探测器杜瓦组件柔性波纹外壳实现101 mW隔热的方案，同时在杜瓦冷平台上设计了物理隔离耦合应力的多层热层结构，解决了多波段长波红外探测器组件的低光串、低背景辐射、低功耗、冷平台高温度均匀性和探测器高可靠性等关键技术，成功研制了低温光学用12.5 μm 三波段长波2000×12元红外探测器制冷组件。一系列空间环境适应性试验验证结果表明，试验前后组件的性能未发生明显变化，能够满足工程化应用要求。
探测器 杜瓦组件 低温光学 低温系统集成 中国激光
2022, 49(21): 2110002
温州大学激光与光电子技术研究所, 浙江 温州 325035
受激拉曼散射是获得新型波长激光的重要变频手段。腔内拉曼激光同时存在着基频光和多阶斯托克斯光,为通过二阶非线性光学变频获得多种可见光波长激光提供了基础,可满足一些领域对多种波长激光的应用需求,在激光医疗、激光显示、光谱成像和生物光子学等领域具有重要应用。钒酸盐晶体具有优异的受激拉曼散射特性,是钕离子激光驱动的重要固体拉曼增益介质。简要介绍了钒酸盐晶体拉曼光谱特性以及相关拉曼激光研究现状,随后对近年来拉曼倍频与和频激光的研究进展进行了总结,并对基于拉曼选择性混频实现可见光波段可选激光技术的发展及应用前景作了简要分析。
材料 拉曼激光器 钒酸盐 倍频 和频 可见光 激光与光电子学进展
2020, 57(7): 071611
Author Affiliations
Abstract
1 International Collaborative Laboratory of 2D Materials for Optoelectronics Science and Technology of Ministry of Education, Institute of Microscale Optoelectronics, Shenzhen University, Shenzhen 518060, China
2 Engineering Technology Research Center for 2D Material Information Function Devices and Systems of Guangdong Province, Shenzhen University, Shenzhen 518060, China
3 College of Electrical and Electronic Engineering, Wenzhou University, Wenzhou 325035, China
A power-scaled laser operation of Pr:YLiF4 (YLF) crystal at 720.9 nm pumped by a 443.6 nm laser diode (LD) module was demonstrated. The 20 W module was used to pump the Pr:YLF crystal, and a maximum output power of 3.03 W with slope efficiency of 30.04% was obtained. In addition, a 5 W blue LD was also used to pump the Pr:YLF laser, and a maximum output power of 0.72 W was obtained at room temperature. The output power was limited by the wavelength mismatch between the single-emitter LD and the absorption peak of the crystal.
rare earth and transition metal solid-state lasers visible lasers diode-pumped lasers Chinese Optics Letters
2020, 18(1): 011405
温州大学 激光与光电子技术研究所, 浙江 温州 325035
报道了基于半导体激光端面抽运的a切Nd:GdVO4晶体级联自拉曼激光的输出特性。利用Nd:GdVO4晶体的优异激光特性和较强的拉曼增益, 结合使用针对级联拉曼设计的宽带高反腔镜, 在声光Q开光调制下, 成功实现了基于882 cm-1频移的1 309 nm波长二阶斯托克斯激光输出。在10 W入射抽运功率和50 kHz重复频率下, 获得了平均输出功率1.48 W, 脉冲宽度5.3 ns的1 309 nm激光输出, 对应的二阶斯托克斯激光阈值和光光转换效率分别为5.9 W和14.8%。结果表明: 以Nd:GdVO4作为自拉曼晶体, 通过级联拉曼可实现高效二阶斯托克斯激光输出, 对丰富固体激光波长具有重要价值。
固体激光器 Nd:GdVO4晶体 级联拉曼 声光调Q solid-state lasers Nd:GdVO4 crystal cascaded Raman acousto-optic Q-switched 红外与激光工程
2019, 48(11): 1105002
