田俊涛 1,2李辉 1赵莉莉 1,2李志永 1,2[ ... ]谭荣清 1,2,*
作者单位
摘要
1 中国科学院空天信息创新研究院 激光工程中心, 北京 100094
2 中国科学院大学 电子电气与通信工程学院, 北京 100049
为了获得可调谐长波红外激光输出,本文设计了一种基于ZnGeP2(ZGP)温度调谐的长波红外光参量振荡器。采用中心波长为2097 nm的Ho:YAG激光器泵浦不同相位匹配角的ZGP晶体,通过改变晶体工作温度来研究ZnGeP2光参量振荡器(ZGP-OPO)的温度调谐特性。在15~30 °C温度范围内,实现了7.53~8.77 μm分段可调谐长波激光输出,总调谐宽度为1.24 μm。整个调谐范围内,输出功率大于1.503 W,当闲频光波长为8.77 μm时,输出功率为1.503 W,斜率效率和光光转换效率分别为12.19%和6.53%。实验结果表明,ZGP温度调谐是实现连续可调谐长波红外激光输出的有效技术途径。本实验研究在可调谐长波固体激光器工程化领域具有潜在的应用价值。
温度调谐 光参量振荡器 ZnGeP2 长波 temperature tunable optical parametric oscillator ZnGeP2 long-wave 
中国光学
2023, 16(4): 861
Author Affiliations
Abstract
1 Tianjin Key Laboratory of Functional Crystal Materials, Institute of Functional Crystals, School of Materials Science and Engineering, Tianjin University of Technology, Tianjin 300384, China
2 Harbin Institute of Technology, Harbin 150001, China
ZnGeP2 (ZGP) crystals have attracted tremendous attention for their applications as frequency conversion devices. Nevertheless, the existence of native point defects, including at the surface and in the bulk, lowers their laser-induced damage threshold by increasing their absorption and forming starting points of the damage, limiting their applications. Here, native point defects in a ZGP crystal are fully studied by the combination of high angle annular dark-field scanning transmission electron microscopy (HAADF-STEM) and optical measurements. The atomic structures of the native point defects of the Zn vacancy, P vacancy, and Ge-Zn antisite were directly obtained through an HAADF-STEM, and proved by photoluminescence (PL) spectra at 77 K. The carrier dynamics of these defects are further studied by ultrafast pump-probe spectroscopy, and the decay lifetimes of 180.49, 346.73, and 322.82 ps are attributed to the donor Vp+ → valence band maximum (VBM) recombination, donor GeZn+ → VBM recombination, and donor–acceptor pair recombination of Vp+ → VZn-, respectively, which further confirms the assignment of the electron transitions. The diagrams for the energy bands and excited electron dynamics are established based on these ultrahigh spatial and temporal results. Our work is helpful for understanding the interaction mechanism between a ZGP crystal and ultrafast laser, doing good to the ZGP crystal growth and device fabrication.
ZnGeP2 crystal point defects HAADF-STEM photoluminescence pump-probe spectroscopy 
Chinese Optics Letters
2023, 21(4): 041604
作者单位
摘要
1 中国科学院福建物质结构研究所,福州 350002
2 天津理工大学功能晶体研究院,天津 300384
ZnGeP2晶体在9~10 μm的光学吸收限制了其在中远红外波段的应用,该波段吸收与其晶格振动有关。本文通过理论计算与实验相结合的方法,解释了晶体红外截止边和9 μm附近吸收峰的物理机制。通过布里奇曼法生长出ZnGeP2单晶,并测试生长得到的ZnGeP2晶体的变温拉曼光谱和变压拉曼光谱,基于第一性原理方法计算了ZnGeP2布里渊区中心的振动频率,并计算了不同压力下晶体的晶格常数和拉曼位移峰的位置。实验结果与理论计算结果表明:温度升高使得其振动模发生红移,且振动模强度减弱,半峰全宽变大,而压力增大则会引起ZnGeP2晶体振动模发生蓝移,振动模强度减弱,半峰全宽变大。
拉曼光谱 红外吸收 变温变压 第一性原理 多声子吸收 晶格振动 ZnGeP2 ZnGeP2 Raman spectroscopy infrared absorption variable temperature and pressure first-principle multiphonic absorption lattice vibration 
人工晶体学报
2022, 51(2): 185
袁泽锐 1,2窦云巍 1,2方潘 1,2陈莹 1,2[ ... ]康彬 1,2,3,**
作者单位
摘要
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。

激光技术 中红外非线性光学晶体 ZnGeP2单晶 超低梯度冷凝法 高功率中红外激光 
中国激光
2022, 49(1): 0101023
作者单位
摘要
1 中国科学院福建物质结构研究所,福州 350002
2 中国科学院大学,北京 100049
ZnGeP2晶体在1~2.5 μm有几个吸收峰,此波段的吸收峰主要是由于点缺陷VP、GeZn和VZn引起的,这些光学吸收严重影响ZnGeP2晶体在光参量振荡器中的应用性能。针对ZnGeP2在此波段的光学吸收,基于电子-原子核散射理论,通过理论计算模拟电子辐照来寻找合适的辐照条件,对布里奇曼法生长出的ZnGeP2单晶分别进行退火热处理和电子辐照处理,并采用红外光谱仪和综合物理性能测量系统测试不同条件下ZnGeP2晶体的红外吸收光谱、霍尔系数和载流子浓度。结果表明退火热处理能有效减少ZnGeP2晶体在1.2 μm和1.4 μm附近的光学吸收,而电子辐照处理有利于减少ZnGeP2晶体在2.0 μm附近的光学吸收,实验结果与计算结果一致。
点缺陷 布里奇曼法 红外吸收 霍尔效应 ZnGeP2 ZnGeP2 point defect Bridgman method IR absorption spectrum Hall effect 
人工晶体学报
2021, 50(1): 20
魏磊 1,2,3,4吴德成 1,3刘东 1,3赵书云 4[ ... ]王英俭 1,3,*
作者单位
摘要
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所中国科学院大气光学重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学研究生院科学岛分院, 安徽 合肥 230026
3 先进激光技术安徽省实验室, 安徽 合肥 230037
4 华北光电技术研究所固体激光技术重点实验室, 北京 100015
以2.05μm Ho∶YLF激光器作为光源,泵浦了长波ZnGeP2 光参量振荡器,实现了高效率、高重复频率的长波激光输出。激光器输出的峰值波长为8.1μm,最大输出功率为3.2W@10kHz,泵浦激光到长波激光的光光转换效率为12%,斜效率为19.3%,激光单脉冲宽度为27.11ns,单脉冲能量为0.32mJ,单脉冲峰值功率为11.8kW,X方向的光束质量因子为4.5,Y方向的光束质量因子为4.2。
激光器 长波红外激光 Ho∶YLF; ZnGeP2 光参量振荡器 
中国激光
2021, 48(1): 0101002
袁泽锐 1,2窦云巍 1,2陈莹 1,2方攀 1,2[ ... ]康彬 1,2,3
作者单位
摘要
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 
人工晶体学报
2020, 49(8): 1491
李充 1,2谢冀江 1潘其坤 1陈飞 1[ ... ]张阔 1
作者单位
摘要
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 激光与物质相互作用国家重点实验室, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
3~5 μm中红外激光器在环境污染检测、医疗、工业等领域具有重要的应用价值。本文总结了基于ZnGeP2、MgO∶PPLN晶体的光参量振荡器(OPO)的国内外发展现状, 分析了其各自不同结构系统设计的优势和发展前景。指出高功率、小体积、轻重量的光学参量振荡器是未来重要发展方向, 发展的技术核心是生长更大尺寸的中红外激光晶体以及研制更高性能指标的OPO泵浦源, 并对中红外激光器的发展趋势进行了展望。
中红外 光参量振荡器(OPO) mid-infrared optical parametric oscillator(OPO) ZnGeP2 ZnGeP2 MgO∶PPLN MgO∶PPLN 
中国光学
2016, 9(6): 615
作者单位
摘要
华中光电技术研究所—武汉光电国家实验室, 湖北 武汉 430223
介绍了由Ho∶YAG声光调Q激光器输出2.1 μm激光脉冲泵浦ZGP光参量振荡器。利用1.9 μm激光器作为Ho∶YAG激光器的泵浦源,调Q重复频率为15 kHz时,激光器输出功率21.5 W单一波长窄线宽激光。由Ho∶YAG激光器泵浦ZGP-OPO,最大输出中波红外激光8.85 W,激光脉冲宽度14.5 ns,激光器输出斜效率高达80.9%。该激光器在气体检测及光电对抗等领域有广泛的应用前景。
单波长窄线宽 2.1 μm激光器 磷锗锌晶体 中波红外激光 光参量振荡器 single wave length and narrow linewidth 2.1 μm laser ZnGeP2 crystal mid-infrared laser optical parametric oscillator 
光学与光电技术
2016, 14(4): 44
作者单位
摘要
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所, 安徽 合肥 230031
2 中国科学院合肥物质科学研究院医学物理与技术中心, 安徽 合肥 230031
高脉冲能量中红外激光在远程大气探测和目标识别中有着重要的应用,为了获得高脉冲能量的中红外激光输出,选用自主生长的ZnGeP2(ZGP)晶体作为中红外参量非线性晶体,晶体采用Ⅰ型相位匹配,切割角度为55°,利用自行研制的2.09 μm La3Ga5SiO14(LGS)电光调Q Cr,Tm,Ho:YAG激光器作为ZGP光参量振荡器(OPO)的抽运源。光参量振荡器采用对抽运光具有反射的双程抽运结构以提高转换效率,采用脉宽约35 ns的2.09 μm调Q钬激光直接抽运ZGP-OPO,在单谐振振荡结构下获得了脉冲能量为5.9 mJ的4.8 μm中红外激光输出,光光转换效率为13.1%,斜率效率为17%;在双谐振振荡结构下获得了脉冲能量为9 mJ的3.7 μm和4.8 μm中红外激光输出,光光转换效率为23.9%,斜率效率为26.7%。
激光器 中红外激光 光参量振荡器 电光调Q Cr 
中国激光
2014, 41(1): 0102008

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