研究背景及概述

中紅外波段通常指2.5~25μm的電磁波譜范圍。中紅外波段包含大氣傳輸窗口，并且許多氣體分子的振動吸收峰、有機官能團和化學鍵的指紋譜位于中紅外波段，因此在光電對抗、氣體檢測、生物醫學、遙感探測等領域都具有廣泛的應用前景。基于非線性光學頻率變換技術的中紅外固體激光源具有調諧范圍寬、調諧方式簡單的優勢，同時其系統結構緊湊，可在室溫條件下運轉，穩定性高。基于此類激光源產生的可調諧中紅外激光可用于材料特性研究、紅外激光吸收光譜測量、高光譜成像等領域。

非線性晶體是非線性光學頻率變換技術的核心器件，其物理與光學特性直接影響激光源的輸出性能。相比于氧化型晶體，非氧化型晶體在4μm以上受多聲子吸收效應影響較小，其在寬帶調諧中紅外激光產生方面具有顯著優勢。隨著材料科學與晶體生長技術的不斷發展，近年來不斷有新型非氧化型晶體用于可調諧中紅外激光產生的相關報道。考慮到近紅外1μm激光產生技術泵浦結構相對簡單，且具有結構緊湊、體積小、技術成熟的優勢，利用近紅外1μm激光泵浦非氧化型中紅外晶體產生寬帶可調諧中紅外激光具有極高的應用價值。

本文從非線性光學頻率變換激光源的增益介質—非線性晶體材料出發，全面綜述幾種新型紅外非線性晶體在近紅外激光泵浦下的可調諧中紅外激光器的發展現狀，包括三元的磷屬、硫屬晶體以及準相位匹配晶體，分析非線性晶體材料的光學特性與中紅外激光器的結構特點和輸出性能之間的關系，最后對國內外研究進展進行總結，并對其發展趨勢進行展望。

圖1 近紅外激光泵浦的中紅外差頻產生系統示意圖

圖2 近紅外激光泵浦的中紅外光學參量振蕩器示意圖

科研團隊介紹

天津大學激光與太赫茲光子學技術團隊依托天津大學精密儀器與光電子工程學院、光電信息技術教育部重點實驗室、微光機電系統技術教育部重點實驗室（B類）。目前團隊擁有教授2人，副教授2人，多人入選教育部、天津市優秀人才計劃。課題組先后承擔國家重點研發計劃、民口/軍口973、863、國家自然科學基金重點/面上/國合項目等國家級項目80余項。近五年發表SCI/EI論文187篇，出版書籍5本，獲批專利10余項。曾獲重慶市科技進步一等獎、浙江省科學技術獎二等獎、浙江省高校優秀科研成果二等獎、中國光學科技獎等省部級以上獎勵。

課題組研究成果如特種激光光源、光學太赫茲源、激光及太赫茲測量系統等，已廣泛應用于航空航天、深海探測、生物醫學等國家重大戰略領域。目前主要的研究方向有：（1）高性能全固態激光及非線性光學頻率變換技術；（2）激光雷達探測及對抗技術；（3）高性能、寬調諧太赫茲光子學輻射源技術；（4）太赫茲波在生物醫學檢測中的應用研究；（5）太赫茲大氣傳輸及雷達目標特性研究。

作者介紹

陳鍇（第一作者），天津大學精密儀器與光電子工程學院，博士生。主要從事中遠紅外-太赫茲產生和應用技術研究，包括太赫茲參量產生技術、太赫茲波等離子體傳輸特性研究、寬帶調諧中紅外產生技術等。目前以第一作者身份發表SCI論文5篇。

徐德剛（通訊作者），天津大學精密儀器與光電子工程學院英才教授，博士生導師，微光機電系統技術教育部重點實驗室主任。教育部新世紀優秀人才、天津市131創新型人才計劃、天津大學北洋青年學者。目前擔任中國光學學會激光專業委員會常務委員、天津市激光學會副理事長、《光子學報》和《光電子技術》期刊編委等工作。多年來主要從事激光與光電子技術、太赫茲技術以及激光雷達等研究工作，主持或參與國家重點研發計劃、科技部863和軍口863項目、國家自然科學基金重點項目、面上項目、國合項目等國家級項目30余項。已出版《全固態激光與非線性光學頻率變換技術》等專著3部，發表學術論文270余篇，Web of science數據庫檢索已被引用1500多次，獲批發明專利10項；獲得重慶市科技進步一等獎、浙江省科學技術二等獎。