窄譜寬中紅外激光技術研究進展

呂國瑞,卞進田*,溫佳起,孔 輝,徐海萍,郭 磊,2,王榮慶

(1.國防科技大學 電子對抗學院,合肥 230037; 2.安徽理工大學 力學與光電物理學院,淮南 232001)

引 言

3 μm～5 μm中紅外波段是典型的“大氣透過窗口區”和“分子指紋光譜區”,在激光醫療、污染物監測、紅外遙感以及光電對抗等領域具有重要應用前景[1-4]。在大氣監測領域,許多重要污染氣體如二氧化氮、氯化氫和硫化氫等在中紅外波段具有特殊的吸收譜線,因此,該波段的激光可用于污染物檢測以及光譜研究[5-7]。為實現對待測氣體吸收譜線進行高精度分析,激光不僅要具有良好的光束質量,還要滿足其譜寬應小于氣體分子吸收譜寬。在窄譜寬激光基礎上,如何更進一步獲得頻率穩定性好、連續單模運轉的激光光源,這對于引力波探測、冷原子光鐘等領域的研究具有重要意義[8]。

當前實現3 μm～5 μm波段中紅外激光的技術方法從機理上可分為兩種：一種是直接方式,如固體激光器、光纖激光器和量子級聯激光器(quantum cascade laser,QCL)等;另一種是利用非線性頻率變換間接產生中紅外激光輸出,例如結構簡單、小型化、全固化的光參量振蕩器(optical parametric oscillator,OPO)[9]。隨著技術的不斷進步,大功率、高能量的3 μm～5 μm中紅外激光器逐漸由實驗研究轉向實際應用,在科學研究和生產中發揮著顯著的作用。然而,自由運行狀態下的激光器譜寬往往無法滿足高精度的應用需求,推動了譜寬壓縮技術快速發展。因此,如何壓縮激光譜寬、提高光譜純度已成為國內外激光工作者研究的熱點課題。……