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碳化硅晶體中紅外非線性光學(xué)頻率變換效應(yīng)研究獲進展


來源:中國行業(yè)研究網(wǎng)

標簽碳化硅
中國粉體網(wǎng)9月30日訊  中紅外波段激光在分子光譜、氣體探測、環(huán)境保護、醫(yī)學(xué)、激光通訊、紅外遙感及光電對抗等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用,非線性光學(xué)頻率變換是目前獲得中紅外激光的有效途徑。常用的中紅外非線性光學(xué)晶體(硫化物及硒化物等)受到低激光損傷閾值(<0.1GW/cm2)的限制,不能夠滿足當(dāng)今對大功率中紅外激光的迫切需求。尋找具有高激光損傷閾值的新型中紅外非線性光學(xué)材料是當(dāng)前中紅外激光研究領(lǐng)域的前沿和熱點。
  
  碳化硅是一種重要的寬禁帶半導(dǎo)體材料,由于其具有高的熱導(dǎo)率、大的飽和電子漂移速率及高的擊穿場強,被廣泛應(yīng)用于制備高溫、高頻及大功率電子器件。4H碳化硅點群為6mm,理論上存在二階非線性光學(xué)效應(yīng)。同時碳化硅優(yōu)異的物理性質(zhì),如寬的帶隙(2.3-3.2eV)、高的熱導(dǎo)率(490W/m?K)及強的共價鍵能(5eV)等有利于提高其抗激光損傷能力,其損傷閾值可達80GW/cm2。然而,目前國際上還沒有碳化硅晶體非線性光學(xué)頻率變換的實驗報道。
  
  中國科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家實驗室(籌)先進材料與結(jié)構(gòu)分析實驗室陳小龍研究組(A02組,功能晶體研究與應(yīng)用中心)博士生王順沖、王剛副研究員等與光學(xué)物理重點實驗室魏志義研究組(L07組)博士生詹敏杰等人合作,發(fā)現(xiàn)半絕緣4H碳化硅晶體在2.5-5.6μm中紅外波段具有高的透過率,重新測量了4H碳化硅晶體在中紅外波段的折射率,糾正了前人的錯誤報道,在新測折射率的基礎(chǔ)上確定了4H碳化硅的相位匹配條件。他們首次采用4H碳化硅晶體,通過對飛秒超連續(xù)光譜的差頻,獲得了波長覆蓋3.9-5.6μm的寬譜中紅外激光輸出,圖1為實驗光路示意圖,圖2為產(chǎn)生的中紅外光譜。在430mW的浦光下,獲得了平均功率為0.2mW、最強輸出波長為5.45μm的中紅外超短脈沖激光。他們還利用整形后的泵浦光,通過調(diào)整晶體的相位匹配角(76-89°),實現(xiàn)了在3.92-4.28μm以及4.87-5.25μm波長范圍內(nèi)的可調(diào)諧中紅外激光輸出。由于4H碳化硅可以獲得高質(zhì)量的大尺寸晶體,并具有高的損傷閾值和較大的二階非線性光學(xué)系數(shù),因此有望進一步實現(xiàn)大功率的中紅外激光輸出。相關(guān)結(jié)果發(fā)表在近期出版的Laser&PhotonicsReviews雜志上。
  
  上述工作得到了國家自然科學(xué)基金委、科技部和中國科學(xué)院的支持。
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