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中红外激光器

三元晶体中红外激光器

有望实现功率提升

发射波长在5μm光谱区域的、特殊生长的Fe：CdMnTe晶体，在未
来可以实现波长调谐。

文/John Wallace

由 于中红外（mid-IR）光 谱 该类型的另一种中红外激光器基 材料特征
区域与分子指纹区域重合， 于碲化物，使用铁作为掺杂剂，以
研究人员让美国 Brimrose 公司
因此中红外光谱区对于许 碲化镉或碲化锌为基质（Fe ：CdTe 从熔体中生长出一块 Fe ：CdMnTe，
多有机和无机分子的光谱探测和鉴定 和 Fe ：ZnTe）。这些材料产 生 比 采用称为所谓的 Bridgman 技术，该
至关重要，这也使得新型中红外激光 Fe ：ZnS 和 Fe ：ZnSe 更长的波长， 技术通过将熔体从炉子较热的部分
源的开发成为了一个永恒的热门话 从而扩展了这类激光器可实现的波 逐渐向较冷的部分移动而产生熔体
题。 长范围。然而，一直以来，这些碲 的定向凝固。折射率测量结果表明，
一种传统类型的相干中红外光 化物材料都难以制造。 Fe ：CdxMn1-xTe 材料的合金分数 x
源，利用非线性光学频率转换来产生 现在，来自美国空军研究实验室、 为 0.91。
中红外光。两个众所周知的例子是光 美国 Berrie-Hill Research Corporation 公司， 采用傅立叶变换干涉仪（FTIR）
参量振荡器（OPO）及光参量放大器 以及美国 NAS/NRC Research Associates 对所制作样品的吸收进行表征，然后
（OPA）。然而，这些光源都使用非线 Programs 的一组研究人员，已经研制 将样品切成矩形片。其中一片被低温
性光学晶体，将更短波长的激光输入 出了 Fe ：CdMnTe（与 Fe ：CdTe 类 冷却，并通过 FTIR 测量其透过光谱。
[1]
光束转换成相干中红外光束，其较为 似，但含有一些锰）激光晶体。 采 此外，采用来自 OPO 的 3.45μm 波长
复杂、效率较低且成本昂贵。 用这种晶体材料的首个激光器原型 的激光脉冲激发该样品，对其中红外
量子级联激光器（QCL）和带间 的输出波长为 5.223μm，输出功率为 荧光特性进行表征。
级联激光器（ICL）的发展，使得小 810mW，斜率效率为 16.4%。 通过指数曲线拟合测量结果来确
型、坚固的商品化中红外光源得以诞 定荧光寿命──发现在 10K 和 80K
Cross-section (cm 2 )
生，它们适用于低功率和低能量应用， (×10 -18 ) H 2 O 下的荧光寿命分别为 111μs 和 78.5μs。
但当需要更高输出时仍存在不足。 2.5 使用美国 Princeton Instruments 公司
2.0
中红外激光增益材料的另一类竞 的光谱仪测量荧光光谱。根据该信息
1.5
争者是过渡金属（TM）掺杂的 II-VI 1.0 计算出发射截面（见图 1）。
族半导体，例如掺铁硫化锌和硒化锌 0.5 CO 2
（Fe ：ZnS 和 Fe ：ZnSe），以及掺铬 0.0 3000 3500 4000 4500 5000 5500 激光器原型
Wavelength (nm)
的 ZnS 和 ZnSe。事实上，这些材料 板条状 Fe ：CdMnTe 实验样品
可以用在输出功率高达 20W 的光纤 图1：在80K下测定Fe：CdMnTe样品的吸收和发射 的尺寸为 2.65mm×4mm×7mm，
截面；图中包含水（H 2 O）和二氧化碳（CO 2 ）的
激光器中。 吸收特征。 2.65mm×7mm 的侧面抛光且镀制

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