1 天津大学精密仪器与光电子工程学院超快激光研究室&光电信息技术教育部重点实验室,天津 300072
2 中国计量科学研究院时间频率计量研究所,北京 100029
3 国家市场监管重点实验室(时间频率与重力计量基准),北京 100029
4 吉林大学电子科学与工程学院集成光电子学国家重点实验室,吉林 长春 130012
中红外飞秒光学频率梳在天文学、药物检测、生物化学、大气检测和材料科学等领域中有着广阔的应用前景。报道了一个高功率中红外飞秒光学频率梳系统,该系统主要由掺铒光纤飞秒光学频率梳、超连续谱产生装置、双包层掺铥光纤放大器和基于透射式衍射光栅对的压缩器四部分构成。掺铒光纤光学频率梳输出平均功率为350 mW、中心波长为1565 nm、重复频率为198 MHz、脉冲宽度为55 fs的飞秒激光,并将其注入到一段正色散高非线性光纤中,产生1100~2200 nm超连续光谱。超连续光通过由掺铥光纤构成的自泵浦放大器,产生中心波长为1925 nm、平均功率为50 mW的飞秒脉冲。将此脉冲作为双包层掺铥光纤放大器的种子源,功率被放大到36.07 W,压缩后得到平均功率为22.72 W、脉冲宽度为240 fs的飞秒激光脉冲输出。
非线性光学 光学频率梳 飞秒激光 啁啾脉冲放大 中红外波段
武汉科技大学城市建设学院,湖北 武汉 430065
为探究近红外波段下气溶胶粒子的散射特性,基于离散偶极子近似法,对黑碳和硫酸盐气溶胶内混合核壳结构粒子及同种气溶胶粒子的2种假设结构的光学散射特性进行研究。编译构建以黑碳为核、硫酸铵为壳的核壳结构粒子模型,模拟计算特定入射方向的入射波长(875、1020、1640、2000 nm)下粒子的消光效率因子、散射效率因子、吸收效率因子、不对称因子及单次散射反照率随有效粒径的变化。数值计算结果表明:在同一入射波长下,随着有效粒径的增大,单核核壳粒子、二核团簇粒子、三核团簇粒子的消光、散射、吸收效率因子主要呈先增后减趋势,且3种粒子的散射、消光效率因子相差不超过10%。随着核粒子数增加,粒子结构半径增大,效率因子峰值后移。在4个波长下,多核团簇粒子的不对称因子平均比单核核壳粒子大0.1777、0.1960、0.2900和0.3131,而2种多核粒子的不对称因子平均仅相差0.096。在有效粒径相同的情况下,单核核壳粒子的单次散射反照率基本高于多核粒子,波长越大差异越明显。该研究结果可对复杂大气环境下气溶胶粒子的光学散射特性、污染物及气候效应监测等领域的分析提供一定的参考价值。
红外波段 气溶胶粒子 核壳粒子 离散偶极子近似法 散射与吸收 激光与光电子学进展
2024, 61(5): 0529001
为精确地评估真空低温状态下大面积黑体辐射源的均匀性,设计了高灵敏度中波红外辐射计。给出了辐射校准的物理模型,详细分析了目标温度200 K和213 K的信噪比,得到真空低温下200 K和213 K目标信噪比分别为460 倍和1 492倍。设计了高信噪比测量200 K目标的总体方案,研制了高灵敏度真空低温环境下使用的中红外辐射计。采用透射式光学系统及温度系数匹配稳定的高刚性光机支撑结构,满足真空低温的环境条件。采用外置黑体标定中红外辐射计的温度/辐射响应度,创新性采用调制器兼顾内置定标辐射源,采用四级TE制冷中红外探测单元,配合高性能探测单元及80 倍动态范围的同步积分锁相放大器,获取大占空比的高质量方波信号用于辐射计算。实验结果表明:在温度77 K、真空度1×10−5 Pa真空低温环境下,测试213 K目标黑体辐射源,1 h内的信号不稳定度为0.24%;噪声等效温差(NETD)值为0.034 K;测量精度优于2%。中红外辐射计满足真空低温环境下高精度测试微弱目标的要求。
中红外波段 高精度 真空低温 绝对辐射量值 高刚性 mid-infrared band high-precision vacuum and low temperature absolute radiation value high rigid 红外与激光工程
2023, 52(11): 20230136
光子学报
2023, 52(11): 1106003
1 沈阳化工大学信息工程学院,辽宁 沈阳 110142
2 中国科学院沈阳自动化研究所,辽宁 沈阳 110169
3 辽宁省太赫兹成像与感知重点实验室,辽宁 沈阳 110169
4 中国科学院大学,北京 100049
5 华北水利水电大学电力学院,河南 郑州 450045
利用Nd∶YAG激光泵浦磷酸氧钛钾晶体,实现了波长为2.05~2.97 μm的相干光输出,其覆盖了近红外与中红外过渡波段(也称“短波红外波段”)。采用了与以往报道不同的相位匹配调谐区域,在较小的晶体转角下,获得了较宽的调谐范围。比较了单程与双程泵浦的两种光学参量振荡器结构,验证了双程泵浦的优越性。双程泵浦的光学参量振荡器的最高输出脉冲能量在18 mJ以上,峰值功率高于2.3 MW,在较宽调谐范围内保持了较高的输出能量,输出能量在5 mJ以上的波段占比为78.3%。上述工作为短波红外波段应用提供了一种便捷有效的相干光源。
非线性光学 光学参量振荡器 短波红外波段 磷酸氧钛钾 角度调谐 中国激光
2023, 50(23): 2308001
1 吉林大学 电子科学与工程学院 集成光电子学国家重点联合实验室吉林大学实验区,长春 130012
2 吉林省红外气体传感技术工程研究中心,长春 130012
采用射频磁控溅射法在石英衬底和硒化锌衬底上制备了碲化铋薄膜,分别研究了薄膜厚度、退火温度对薄膜微观结构和光电性能的影响。利用X射线衍射仪、X射线光电子能谱仪和冷场发射扫描电子显微镜,分析了薄膜结构、成分和形貌。结果表明,退火有利于薄膜的结晶,且不改变晶体的择优取向。傅里叶变换红外光谱测试结果表明,在石英衬底和硒化锌衬底上沉积的薄膜,光学透过率随着薄膜厚度和退火温度的增加而减小,在硒化锌衬底上沉积的薄膜透过波段比石英长,且光学透过率更加稳定。霍尔效应测试结果表明,随着薄膜厚度和退火温度的增加,薄膜的电阻率逐渐减小,最小为1.448×10-3 Ω·cm,迁移率为27.400 cm2·V-1·s-1,载流子浓度为1.573×1020 cm-3。在石英衬底上沉积的15 nm厚的Bi2Te3薄膜,在1~5 μm波段的透过率达到80%,退火200 ℃后透过率达到60%,电阻率为5.663×10-3 Ω·cm。在硒化锌衬底上沉积相同厚度的薄膜,在2.5~20 μm波段的透过率达到65%,200 ℃退火后透过率达到60%,薄膜电阻率为9.919×10-3 Ω·cm。制备的Bi2Te3薄膜具有优良的光电特性,是红外透明导电薄膜领域理想的候选材料之一,在红外光电子学芯片制备领域有较好的应用前景。
透明导电薄膜 中红外波段 射频磁控溅射 Bi2Te3 光电性能 Transparent conductive film Mid infrared band Magnetron sputtering Bi2Te3 Photoelectric performance 光子学报
2023, 52(10): 1052413
光子学报
2023, 52(10): 1052404
1 长春理工大学光电工程学院光电测控与光信息传输技术教育部重点实验室,吉林 长春 130022
2 长春理工大学光电工程学院光电工程国家级教学示范中心,吉林 长春 130022
3 长春理工大学中山研究院,广东 中山 528400
中红外热成像系统是通过探测物体本身的辐射进行成像,不需要外部光源。而传统的中红外热成像系统体积大,不利于小型化。本文基于传输相位理论,采用时域有限差分(FDTD)法,使用FDTD软件计算仿真,探究了不同的单元半径、纳米柱高度及单元周期对相位延迟及透过率的影响,并且针对不同的纳米柱半径,利用传输相位调控实现中红外(3∼5 μm)波长下全介质硅材料的宽带消色差超透镜设计。其数值孔径为0.24,仿真焦距值为147.3 μm,半峰全宽(FWHM)为8.11μm,透镜透过率达到70%。设计的超透镜不仅体积小、质量轻、全波长聚焦效率可达到54%,而且为平面透镜,因此易于光学系统集成,在红外成像、红外夜视仪、红外遥感等技术中展现出广阔的应用前景。
超透镜 中红外波段 平面透镜 消色差 宽带 光学学报
2023, 43(21): 2122002
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
本文采用简易水热法,制备了稀土Nd离子掺杂的LiLuF4(LLF)微晶材料,对该微晶样品进行了物相分析、微观形貌分析和近红外波段光学性能的相关研究。LLF晶体属于四方晶系白钨矿结构,空间群为I41/a;采用水热法制备的LLF微晶料结晶性良好,颗粒尺寸在20 μm左右,优化后Nd∶LLF样品的氧含量为0.001 4%(质量分数)。在792 nm波长激发下,掺杂3%(摩尔分数)Nd离子的LLF微晶的最强荧光发射峰位于1 047 nm,属于近红外波段,其平均荧光寿命约为0.275 1 ms。进一步采用提拉法生长出Nd∶LLF晶体并评估了其激光性能。Nd∶LLF激光晶体在1 053 nm处的发射截面为8.13×10-20 cm2。激光性能测试发现,在1.2 W功率激发下,Nd∶LLF晶体可实现0.123 W的1 053 nm近红外激光输出。
稀土掺杂 水热法 激光 近红外波段 LiLuF4 LiLuF4 rare earth doping hydrothermal method laser near infrared band