用于光電對抗的高重頻中紅外激光器綜述

劉曉旭，韓聚洪，蔡 和，楊 峰，榮克鵬，安國斐，王 浟

(西南技術物理研究所，成都 610041)

引 言

中紅外激光的波長位于3μm～5μm范圍內，正好位于大氣的傳輸窗口，在大氣環境中傳輸時其能量衰減較小。因此，中紅外激光在遙感、大氣監控、環境保護、激光制導、光電對抗等領域具有重要的應用。另外，由于中紅外波段存在著眾多的分子特征吸收譜線，可廣泛應用于氣體檢測和光譜分析等領域。近年，中紅外激光正在逐漸成為相關領域的研究熱點。

中紅外激光器可以工作在連續或脈沖模式。通常，激光器輸出脈沖的重頻大于1kHz時，可將其稱為高重頻激光器。光電對抗系統中最重要的構成部分就包含了高重頻中紅外激光器，而提高高重頻中紅外激光器的性能就能夠直接增強光電對抗系統的效能。在定向紅外對抗中，大多數紅外導引頭都針對目標實施了時域調制。為了應對這一措施，干擾用激光器必須以脈沖方式工作，其脈沖重頻的范圍大約是20kHz～50kHz[1]；激光雷達采用了高重頻、大動態范圍、相干激光測距和測速技術[2]；光子計數激光測距通常采用低能量、高重頻激光器，最后通過統計分析得到距離信息，這樣能夠達到消除噪聲影響、抑制虛警概率和提高測距精度的目的[3]。

本文中主要介紹了3類高重頻中紅外激光器：直接抽運式高重頻中紅外固體激光器、高重頻中紅外光纖激光器和高重頻中紅外光參量振蕩器，討論了這3類激光器的相應研究進展，也對主要相關技術中所存在的問題和中紅外激光器未來的發展方向進行了分析和展望。

1 直接抽運式高重頻中紅外固體激光器

目前，直接抽運式中紅外固體激光器的增益介質主要是Fe2+離子摻雜的ZnS，ZnSe，ZnTe和CdSe等晶體，其中，對Fe2+∶ZnSe晶體的研究最為深入。因為Fe2+∶ZnSe晶體具有較寬的吸收帶寬，能夠輸出波長調諧范圍較寬、光束質量較好的中紅外激光，所以長期以來都是中紅外激光研究的焦點。由于Fe2+∶ZnSe中紅外激光器的抽運源激光的重頻一般受到很大的限制，所以高重頻抽運源激光器的報道相對較少，這直接導致了Fe2+∶ZnSe中紅外激光器的重頻通常小于0.1kHz。在研究初期，Fe2+∶ZnSe激光器只能在低溫下運行。近年，受益于抽運源和相關新技術的飛速發展，Fe2+∶ZnSe激光器已經能夠工作在相對較高的溫度甚至是室溫。

1999年，美國利弗莫爾實驗室的ADAMS等人利用波長2.698μm的Er∶YAG激光器在低溫(15K～18K)條件下抽運Fe2+∶ZnSe晶體，首次實現了波長調諧范圍為3.98μm～4.54μm的激光輸出，脈沖重頻達到了100Hz[4]。2005年，美國阿拉巴馬大學的KERNAL等人利用調QNd∶YAG激光器抽運Fe2+∶ZnSe晶體，首次實現了室溫條件下的激光輸出，激光脈沖頻率為10Hz，波長調諧范圍為3.9μm～4.8μm[5]。2006年，美國阿拉巴馬大學的AKIMOV等人利用Er∶YAG激光器輸出波長2.9364μm的巨脈沖，抽運Fe2+∶ZnSe晶體得到了有效的室溫激光輸出，激光脈沖的重頻為60Hz，脈沖寬度為100ns，波長在3.95μm～5.05μm之間連續可調諧[6]。2014年，美國空軍實驗室的EVANS等人利用波長2936nm的Er∶YAG激光器雙端抽運Fe2+∶ZnSe晶體，使用半導體可飽和吸收鏡(semiconductor saturable absorber mirrors,SESAM)作為調Q元件，在低溫條件下輸出了波長為4045nm的激光，脈沖寬度為64ns，脈沖重頻約為0.85MHz[7]。2015年，IPG公司的MARTYSHKIN等人報道了在當時具有最高平均功率(35W)的Fe2+∶ZnSe激光器。溫度在77K時，波長調諧范圍是3.88μm～4.17μm，脈沖重頻為100Hz，脈沖寬度為150μs，實驗裝置如圖1所示[8]。

圖1 波長可調諧的摻Fe2+∶ZnSe 激光器的光路圖[8]

國內對Fe2+∶ZnSe中紅外激光器的研究開展時間較短，迄今為止，只有幾家機構報道了相關研究結果。總的來說，國內關于Fe2+∶ZnSe中紅外激光器的研究仍處于較為初級的階段。2014年，華北光電技術研究所的XIA等人采用熱擴散摻雜技術制備了Fe2+∶ZnSe晶體，利用波長為2.9μm，脈沖重頻為1kHz的中紅外激光器抽運Fe2+∶ZnSe晶體，室溫輸出了中心波長為4.45μm，脈沖寬度為25ns，平均功率為67mW的中紅外激光[9]。2015年，哈爾濱工業大學的YAO等人采用波長為2.89μm，脈沖重頻為1kHz的磷鍺鋅(ZnGeP2,ZGP)光學參量振蕩器(optical parametric oscillator,OPO)抽運Fe2+∶ZnSe晶體,當抽運功率為1.43W時，獲得激光的平均功率為53mW，脈沖寬度為25ns，激光的中心波長為4.45μm，范圍為4.33μm～4.61μm[10]。同年，中國科學院電子所的KE等人采用波長為2.6μm～3.1μm，脈沖寬度為180ns的非鏈式脈沖HF激光器抽運Fe2+∶ZnSe晶體，室溫實現了單脈沖能量為15mJ的激光輸出，光光轉換效率達到15%[11]。

2 高重頻中紅外光纖激光器

中紅外光纖材料的聲子能量較低，中紅外光在其中的傳輸損耗較小。目前，常用的中紅外光纖為氟化物光纖和硫化物光纖。氟化物光纖ZBLAN的性質穩定，并得到了廣泛使用，其成分包括0.53ZrF4，0.20BaF2，0.04LaF3，0.03AlF3和0.20NaF(數值為摩爾分數)。利用摻雜Tm3+，Ho3+，Er3+等離子的氟化物光纖，已經能夠實現波長為2μm～3μm的激光輸出。目前，波長為3μm的高重頻光纖激光器主要使用摻Er3+∶ZBLAN和摻Ho3+∶ZBLAN作為增益介質，按照工作方式分為調Q和鎖模光纖激光器兩種類型。

2.1 調Q光纖激光器

2.1.1 主動調Q1994年，德國布倫瑞克工業大學的FRERICHS等人首次報道了摻Er3+∶ZBLAN光纖激光器在3μm波段調Q輸出了波長為2.7μm的激光，脈沖寬度為100ns，重頻達到10kHz[12]。2004年，英國曼徹斯特大學的COLEMAN等人利用波長為972nm的LD抽運Er3+/Pr3+共摻ZBLAN光纖輸出了波長為2.7μm的激光，脈沖寬度為250ns，重頻為19.5kHz[13]。2011年，日本京都大學的TOKITA等人利用波長為975nm的LD抽運摻Er3+∶ZBLAN光纖，調Q輸出了波長為2.8μm的激光，激光脈沖寬度為90ns，重頻為120kHz，平均功率為12W[14]。2012年，澳大利亞悉尼大學的HU等人利用波長為1150nm的LD抽運源Ho3+/Pr3+共摻ZBLAN光纖，調Q輸出了波長為2.867μm的激光，激光脈沖寬度為78ns，重頻為40kHz～300kHz，最大平均功率為0.72W，實驗裝置如圖2所示[15]。2015年，德國LISA激光公司的LAMRINI等人利用摻Ho3+∶ZBLAN光纖，調Q輸出波長為2.79μm的激光，激光脈沖寬度為53ns，重頻為1kHz，平均功率為0.56W[16]。

圖2 調Q摻Ho3+/Pr3+光纖激光器[15]

2012年，國內的電子科技大學的LI等人利用波長為1150nm的LD抽運摻Ho3+∶ZBLAN光纖，調Q輸出波長為3.005μm和2.074μm兩個波長的激光，對應激光脈寬分別為380ns和260ns，重頻都為25kHz[17];2013年，他們調Q實現了波長為2.97μm～3.015μm激光的調諧輸出，激光脈沖寬度為300ns～410ns，重頻為40kHz，實驗裝置如圖3所示[18]。

圖3 主動調Q摻Ho3+∶ZBLAN光纖激光器[18]

2.1.2 被動調Q1996年，德國布倫瑞克工業大學的FRERICHS等人報道了利用InAs外延層作為可飽和吸收體，以被動調Q和鎖模的方式工作，輸出激光波長為2.7μm的摻Er3+∶ZBLAN光纖激光[19]。2012年，美國亞利桑那大學的WEI等人利用LD抽運摻Er3+∶ZBLAN單模光纖，使用摻Fe2+∶ZnSe晶體被動調Q，輸出激光波長為2.8μm，單脈沖能量為2.0μJ，脈沖寬度為0.37μs，對應的峰值功率為5.34W，重頻達到了0.161MHz[20];2013年，他們又利用LD抽運摻雜長度為10m的Er3+∶ZBLAN光纖，石墨烯被動調Q，輸出激光波長為2.78μm，單脈沖能量為1.67μJ，脈沖寬度為2.9μs，脈沖重頻為37kHz；當光纖長度縮短到2m時，脈沖寬度減小為1μs[21]。2013年，美國亞利桑那大學的ZHU等人利用波長1.15μm的光纖激光器抽運摻Ho3+∶ZBLAN光纖，實現了被動調Q的激光輸出，摻Fe2+∶ZnSe晶體和石墨烯作為可飽和吸收體，分別對應的輸出波長為2.93μm和3μm，脈沖寬度分別為0.82μs和1.2μs，重頻分別為105kHz和100kHz，圖4所示為實驗裝置[22]。

圖4 被動調Q摻Ho3+∶ZBLAN光纖激光器[22]

2014年～2015年，電子科技大學的LI等人利用波長為1.15μm的LD抽運摻Ho3+∶ZBLAN光纖，分別用SESAM、Bi2Te3晶體和摻Fe2+∶ZnSe晶體作為被動調Q元件，輸出激光波分別長為2.971μm，2.9799μm和2.9191μm～3.0042μm，脈沖寬度分別為1.68μs，1.37μs和1.23μs～2.35μs，脈沖重頻分別為47.6kHz，81.96kHz和96.1kHz～43.56kHz[23-25]。2015年，上海交通大學的QIN等人第1次報道了采用黑磷(black phosphorus,BP)作為可飽和吸收體，實現波長為2.8μm調Q運行的光纖激光器。光纖激光器輸出最大平均功率為485mW，對應單脈沖能量為7.7μJ，脈沖寬度為1.18μs，脈沖重頻為63kHz[26]。2016年，四川大學、深圳大學和中國科學院西安光學精密機械研究所的研究人員利用LD抽運摻Er3+∶ZBLAN光纖，分別使用摻Fe2+∶ZnSe晶體、Bi2Te3晶體和SESAM作為調Q元件，輸出激光波長都在2.8μm左右，單脈沖能量為幾個微焦，脈沖寬度為幾百納秒，重頻分別為102.94kHz，50kHz和146.3kHz[27-29]。同年，電子科技大學的WEI等人首次報道了WS2薄膜作為可飽和吸收體，利用LD抽運Ho3+/Pr3+共摻ZBLAN光纖，輸出激光波長為2.8657μm，激光平均功率為48.4mW，單脈沖能量為0.37μJ，脈沖寬度為1.73μs，脈沖重頻為131.6kHz[30]。2018年，電子科技大學的LAI等人利用波長為976nm的LD抽運摻Er3+∶ZBLAN光纖，SESAM被動調Q輸出激光波長為2.7988μm，最大平均功率為3.01W，單脈沖能量為10.82μJ，脈沖寬度為0.45μs，脈沖重頻為278.5kHz，圖5所示為實驗裝置[31]。

圖5 被動調Q摻Er3+∶ZBLAN光纖激光器[31]

2.2 鎖模光纖激光器

2012年，美國亞利桑那大學的WEI等人利用LD抽運摻Er3+∶ZBLAN光纖，摻Fe2+∶ZnSe晶體被動鎖模，輸出激光波長為2.8μm，平均功率為51mW，脈沖寬度為19ps，脈沖重頻為50MHz[32]。2014年～2016年，加拿大拉瓦爾大學的HABOUCHA等人和DUVAL等人、澳大利亞悉尼大學的HU等人、美國亞利桑那大學的ZHU等人分別利用LD抽運摻Er3+∶ZBLAN光纖，輸出激光波長為2.8μm左右，脈沖寬度分別為60ps，0.207ps，0.497ps和42ps，脈沖重頻分別達到51.75MHz，55.2MHz，56.7MHz和25.4MHz[33-36]。圖6所示為美國亞利桑那大學的ZHU等人的實驗裝置。

圖6 石墨烯鎖模摻Er3+∶ZBLAN光纖激光器[36]

2012年和2016年，電子科技大學的LI等人、國防科技大學的YIN等人分別利用LD抽運共摻Ho3+/Pr3+∶ZBLAN光纖，SESAM、Bi2Te3納米片可飽和吸收體鎖模輸出激光，波長位于2.87μm和2.83μm，平均功率為132mW和90mW，單脈沖能量為4.9nJ和8.6nJ，脈沖寬度為24ps和6ps，脈沖重頻為27.1MHz和10.4MHz[37-38]。2015年，湖南大學的TANG等人設計了基于SESAM的摻Er3+∶ZBLAN鎖模光纖激光器，輸出激光波長為2.8μm，最高平均功率超過1W，脈沖寬度為25ps，脈沖重頻達到22.56MHz[39]。2016年和2018年，上海交通大學的QIN等人利用基于BP可飽和吸收體的摻Er3+∶ZBLAN鎖模光纖激光器，輸出激光波長為2.8μm和3.489μm，平均功率為613mW和40mW，脈沖重頻為24MHz和28.91MHz[40-41]，圖7所示為相應的實驗裝置[41]。

圖7 黑磷調Q和鎖模摻Er∶ZBLAN光纖激光器[41]

3 高重頻中紅外光參量振蕩器

晶體中發生的光學參量振蕩是一種非線性過程，借此短波激光可以被變換到中紅外波段。中紅外OPO所使用的非線性晶體主要包括磷酸氧鈦鉀(KTiOPO4,KTP)、硒鎵銀(AgGaSe2)、磷鍺鋅(ZnGeP2,ZGP)、周期性極化鈮酸鋰(periodically poled lithium niobate,PPLN)等。其中，PPLN和ZGP晶體使用最為廣泛。PPLN的特點是具有較高的非線性系數，并且性質很穩定，通過摻雜MgO可提高PPLN的光折變損傷閾值，這使得PPLN成為一種較為理想的非線性晶體。利用這些有利條件，滿足準相位匹配(quasi-phase-matching,QPM)條件的PPLN OPO就能夠高效地輸出中紅外激光。通過調節MgO摻雜PPLN(MgO-doped PPLN,MgO∶PPLN)晶體的溫度和極化周期，可以實現中紅外全波段的可調諧輸出。ZGP的特點是具有良好的導熱性，非線性系數較大，且制備工藝成熟。高功率輸出的中紅外OPO可以采用波長2μm的脈沖激光抽運ZGP得到。近年來，研究人員采用摻銩光纖激光器直接抽運ZGP輸出中紅外激光，有效地提高了激光器的穩定性，并同時簡化了相應的結構。

3.1 PPLN OPO

2010年，西班牙光子科學研究所的KOKABEE等人利用摻鐿光纖激光器抽運MgO∶PPLN晶體，在抽運功率為16W時獲得了波長為1.47μm、功率為7.1W的信號光和波長為3.08μm、功率為4.9W的閑頻光，激光的脈沖寬度為17.3ps，脈沖重頻為81.1MHz，圖8所示為實驗裝置[42]。2011年，法國航空航天實驗室的HARDY等人利用調QNd∶YAG激光器抽運嵌套腔，雙諧振光參量振蕩器(nested-cavity,doubly resonant optical parametric oscillator,NesCOPO)，輸出波長為3.9μm的激光，波長調諧范圍為3.8μm～4.3μm，脈沖重頻為4.8kHz[43]。2012年，英國南安普頓大學的LIN等人利用摻Yb3+光纖激光器抽運周期極化MgO摻雜鈮酸鋰(periodically poled magnesium-oxide doped lithium niobate,PPMgLN)，輸出波長為3.82μm的激光，功率達到5.5W，脈沖重頻為100kHz[44]。2013年，西班牙光子科學研究所的KIMMELMA等人利用脈沖重頻為80MHz的摻Yb光纖激光器抽運MgO∶PPLN OPO,輸出的中紅外激光脈沖重頻增大到了7GHz[45]。2014年，西班牙光子科學研究所RAMAIAH-BADARLA等人報道了采用鎖模摻Yb光纖激光器抽運兩塊MgO∶PPLN晶體，實現了雙信號光、雙閑頻光同步可調諧輸出，中紅外激光波長調諧范圍為3118nm～3393nm，脈沖重頻達到了160MHz[46]。2015年，英國南安普頓大學的XU等人利用光纖主振功率放大(master oscillator power amplifier,MOPA)系統抽運MgO∶PPLN，輸出波長閑頻光可調諧范圍為2.3μm～3.5μm，單脈沖能量為1.5μJ，脈沖重頻為1MHz[47]。2016年，法國巴黎-薩克雷大學的RIGAUD等人利用高能量飛秒摻Yb光纖放大器抽運的MgO∶PPLN OPO輸出中紅外激光的波長為3.07μm，單脈沖能量為10μJ，脈沖寬度為72fs，脈沖重頻為125kHz[48]。2017年，英國倫敦帝國理工學院的MURRAY等人利用摻Yb/Er光纖主振蕩功率放大系統抽運MgO∶PPLN，中紅外激光輸出功率大于6W，波長范圍為3.31μm～3.48μm，脈沖重復頻率為1MHz～50MHz，這是目前單通光纖MOPA抽運激光輸出的最高水平[49]。

圖8 Yb光纖激光器抽運皮秒MgO∶PPLN OPO[42]

2009年，華中科技大學的XIA等人利用聲光調QNd∶YAG激光器抽運單諧振PPLN OPO和MgO∶PPLN OPO，通過改變晶體溫度和極化周期長度，輸出了中紅外波段閑頻光的波長調諧范圍為2.80μm～4.79μm，脈沖重頻為10kHz[50]。同年，中國工程物理研究院的PENG等人利用類似的聲光調QNd∶YAG激光器抽運單諧振周期極化MgO摻雜同組分鈮酸鋰晶體(periodically poled MgO-doped congruent LiNbO3crystal,PPMgO∶CLN)，晶體溫度為110℃時，波長為3.84μm的激光平均功率達到了16.7W，斜率效率為19.1%，脈沖重頻為7kHz，M2因子在平行和垂直方向分別為2.03和5.89[51]，相應的實驗裝置如圖9所示。2010年，清華大學的LIU等人利用高重頻聲光調QNd∶YVO4激光器抽運周期極化MgO摻雜鈮酸鋰(periodically-poled MgO doped lithium niobate,PPMgOLN)，對應于3個不同的極化周期，這種中紅外OPO輸出閑頻光的波長分別為3591nm、3384nm和3164nm，平均功率分別為3.0W，2.7W和4.3W，脈沖重頻為76.8kHz[52]。同年，浙江大學的WU等人利用輸出線偏振激光的聲光調QNd∶YVO4激光器作為抽運源，使用半外腔結構構建了室溫工作的高效、高功率中紅外MgO ∶PPLN OPO，輸出激光波長為3.82μm，功率為9.23W，脈沖重頻為52kHz[53]。2012年，中國科學院上海光學精密機械研究所的XU等人利用波長為1.9μm的聲光調QTm摻雜氟化釔鋰(LiYF4,YLF)Tm ∶YLF激光器作為抽運源，首次在室溫實現了高效、雙振蕩MgO ∶PPLN OPO，信號光和閑頻光的波長約等于3.8μm，功率為2.9W，脈沖重頻為2kHz[54]。同年，中國工程物理研究院的PENG等人利用Nd ∶YAG MOPA偏振激光系統作為抽運源，構建了單諧振MgO ∶PPLN OPO，輸出波長為3.91μm的中紅外激光，平均功率達到了27W，脈沖重頻為10kHz，波長調諧范圍為3.7μm～4.0μm[55]。2014年，山東大學的LIU等人利用摻Yb光纖激光器抽運MgO ∶PPLN，構建了波長可調諧、高效的中紅外耦合輸出單諧振OPO，輸出閑頻光波長在3.0μm～3.9μm之間可連續調諧，脈沖重頻可達到50kHz[56]。2015年，深圳大學的LIU等人利用體光柵鎖波長的電光調QEr ∶YAG激光器抽運MgO ∶PPLN，輸出總平均功率超過1W。調節MgO ∶PPLN晶體的溫度，能夠使得信號光和閑頻光分別在2.67μm～2.72μm和4.17μm～4.31μm范圍內調諧，脈沖重頻可達到3kHz[57]。同年，華北光電技術研究所的LI等人利用Nd ∶GdVO4振蕩器+MOPA結構抽運MgO ∶PPLN，輸出中紅外激光波長為3.81μm，平均功率為5.4W，光光轉換效率為15.88%，脈沖重頻為10kHz[58]。

圖9 Nd ∶YAG激光器抽運PPMgO ∶CLN OPO[51]

3.2 ZGP OPO

2010年，挪威國防研究機構的LIPPERT等人利用輸出波長為2.1μm的Tm光纖/Ho∶YAG雜化激光器系統抽運ZGP晶體，構建了V型三鏡環形諧振腔ZGP OPO，輸出信號光和閑頻光的波長分別為3.9μm和4.5μm，總功率為22W，脈沖重頻為45kHz，圖10所示為相應的實驗裝置示意圖[59]。2013年，澳大利亞國防科技組織的HEMMING等人采用類似的雜化激光系統抽運ZGP晶體，輸出激光波長為3μm～5μm，平均功率為27W，重頻為35kHz[60]。2014年，美國中弗羅里達大學的GEBHARDT等人直接利用納秒Tm光纖MOPA系統作為抽運源，構建了雙振蕩腔ZGP OPO，輸出中紅外激光的波長為3.7μm，脈沖重頻為4kHz[61]。2015年，法國圣路易斯法德研究所的KIELECK等人利用有源Q開關摻Tm3+單諧振保偏雙包層光纖作為抽運源，直接抽運ZGP OPO，輸出中紅外激光波長范圍為3μm～5μm，平均功率達到6.5W，脈沖重頻為40kHz[62]。

圖10 Ho ∶YAG激光器抽運ZGP OPO[59]

2011年，中國工程物理研究院的PENG等人使用KTP OPO輸出波長為2.1μm激光，進而抽運ZGP OPO得到信號光和閑頻光的波長分別為4.1μm和4.32μm，總的平均功率為5.7W，脈沖重頻為8kHz[63]。2014年，哈爾濱工業大學的YAO等人采用Ho ∶YAG激光器和Ho摻雜镥鋁石榴石(Lu3Al5O12,LuAG)Ho ∶LuAG激光器(激光波長都為2.1μm)抽運ZGP OPO，輸出中紅外激光的波長范圍為3μm～5μm，平均功率分別達到41.2W和5.51W，脈沖重頻分別為20kHz和5kHz。圖11所示為Ho ∶YAG激光器抽運ZGP OPO的實驗裝置示意圖[64-65]。2015年，華北光電技術研究所的HAN等人利用聲光調QHo ∶YLF MOPA系統作為抽運源，采用雙諧振腔結構構建了ZGP OPO，輸出中紅外激光波長為3.52μm和4.9μm，總平均功率為26.9W，脈沖寬度為25ns，脈沖重頻為5kHz。通過對ZGP OPO進行角度調諧，獲得了波長為3.75μm和4.5μm的激光輸出[66]。2018年，哈爾濱工業大學的DUAN等人構建了Tm ∶YLF-Ho ∶LuAG-ZGP中紅外激光系統。Ho ∶LuAG激光器在聲光調Q工作時，輸出最大平均功率分別為34.1W，34.9W和35.2W，對應脈沖重頻為10kHz，15kHz和20kHz；當Ho∶LuAG激光器輸出平均功率為34.1W時，ZGP OPO的輸出功率分別為16.7W，15.3W和12.6W，對應脈沖重頻分別為10kHz，15kHz和20kHz，最小脈沖寬度分別為23ns，27ns和31ns，最大單脈沖能量分別為1.7mJ，1.0mJ和0.6mJ。這是Ho ∶LuAG激光器抽運ZGP輸出中紅外激光已知的最好性能。ZGP OPO輸出信號光和閑頻光的光束質量因子M2分別為2.2和1.9[67]。

圖11 Ho ∶YAG激光器抽運ZGP OPO[64]

4 結束語

目前，用于光電對抗的固體和光纖高重頻中紅外激光器仍然是研究的熱點。為了提升高重頻中紅外激光器的性能，需要深入研究并改善中紅外激光介質的物理化學性質，發展提高中紅外激光器性能的技術。總體看來，國內在相關領域中理論和技術兩方面的研究都略顯不足。本文中依照時間先后次序，詳細總結了幾種高重頻中紅外激光的研究進展狀況，并根據已有研究展望了未來具有發展潛力的幾個研究方向。實際上，只有若干的關鍵技術取得較大突破時，高重頻中紅外固體和光纖激光器才能得到快速的發展。例如，提高抽運源激光器的脈沖重頻，是實現高重頻Fe2+∶ZnSe中紅外固體激光器的關鍵；室溫條件下實現中波紅外激光的輸出以及克服粒子數的瓶頸效應是實現實用型Er3+∶ZBLAN光纖激光器的關鍵；喇曼激光器具有波長可變和結構簡單等優點，也可作為中紅外光纖激光器的一個重要發展類型；制備高質量、大尺寸OPO晶體是實現高功率中紅外激光器的關鍵。另外，為了簡化中紅外激光器的結構，減輕系統的重量，提高運行的穩定性，可采用光纖激光器直接抽運OPO晶體的方式，這也是目前高重頻中紅外OPO激光器的研究重點之一。