中紅(hong)外(wai)激(ji)光(guang)(guang)光(guang)(guang)源(yuan)是輻射類(lei)似于激(ji)光(guang)(guang)光(guang)(guang)束的(de)(de)中紅(hong)外(wai)光(guang)(guang)的(de)(de)光(guang)(guang)源(yuan)。這些光(guang)(guang)源(yuan)通常(chang)包含(han)一個(ge)中紅(hong)外(wai)激(ji)光(guang)(guang)器(qi)或者更(geng)短波長的(de)(de)激(ji)光(guang)(guang)器(qi)和非線(xian)性(xing)頻率轉換的(de)(de)器(qi)件。
中紅(hong)外光譜(pu)區(qu)域(yu)包括從3μm 到8μm 的波(bo)長。有些人認(ren)為中紅(hong)外區(qu)域(yu)包含更(geng)短(duan)的波(bo)長,例(li)如(ru)從2μm 開始,因此大大的拓寬了(le)中紅(hong)外光源(yuan)。中紅(hong)外光源(yuan)的典型(xing)應(ying)用包括氣體光譜(pu)學和(he)軍事上飛(fei)機干擾紅(hong)外線循跡武器。
量子級聯激光器
量子級(ji)聯激(ji)(ji)光器是(shi)半導體(ti)(ti)激(ji)(ji)光器領域中進(jin)來發(fa)展較快的激(ji)(ji)光器。早(zao)先的中紅外半導體(ti)(ti)激(ji)(ji)光器利用的是(shi)帶間躍遷(qian)原理,而量子級(ji)聯激(ji)(ji)光器采用的是(shi)子帶間躍遷(qian)。
通過改變(bian)半導體多層結(jie)(jie)構(gou)(gou),躍遷的光(guang)子(zi)能量(liang)(波長(chang))可(ke)(ke)在(zai)較大范圍(wei)內變(bian)化。即使結(jie)(jie)構(gou)(gou)固定,若采用外(wai)腔(qiang)器件波長(chang)調(diao)諧(xie)的范圍(wei)也可(ke)(ke)以很大(有時調(diao)諧(xie)量(liang)大于中心波長(chang)的10%)。
很多量子級(ji)聯激光器可(ke)以工作(zuo)在(zai)室溫下,甚至是連續工作(zuo),盡管(guan)其較佳工作(zuo)環境是在(zai)低溫冷(leng)卻(que)下。這種激光器可(ke)以產生(sheng)脈(mo)沖長度遠小于1ns的短脈(mo)沖,然而峰值功率非常(chang)有限。
鉛鹽激光器
在量(liang)子級聯激光(guang)器發展之(zhi)前,主要是由(you)各種類型的鉛鹽(yan)激光(guang)器得到中(zhong)紅外(wai)光(guang)譜中(zhong)大部分波長(chang)的光(guang)。它們(men)通常(chang)采用(yong)三元(yuan)鉛化合物,例如PbxSn1−xTe或(huo)者四(si)元(yuan)化合物PbxEu1−xSeyTe1−y。決定輻射(she)波長(chang)的帶(dai)隙能(neng)量(liang)很小,低(di)于0.5eV。
鉛(qian)鹽激(ji)光(guang)器需要在(zai)低(di)溫下(xia)工(gong)作(通常(chang)(chang)低(di)于200K,尤(you)其(qi)是波(bo)長更(geng)長時(shi))。它們(men)產生的光(guang)功(gong)率(lv)較低(di)(通常(chang)(chang)在(zai)1mW量級(ji)),并且與短波(bo)長激(ji)光(guang)二極(ji)管(guan)相比,它們(men)的電光(guang)轉換效率(lv)很低(di)。通過改變器件(jian)溫度,通常(chang)(chang)可以得到幾個(ge)納米(mi)的波(bo)長調諧范(fan)圍。
摻雜絕緣激光器
只有少數種類的摻雜(za)絕緣(yuan)固態(tai)激光(guang)器可以輻(fu)射(she)中紅外(wai)光(guang)譜區域的光(guang)。例如:
Cr2+:ZnSe(摻鉻硒化(hua)鋅)激(ji)光器(以(yi)及(ji)其它(ta)采(cai)用類似材料的(de)激(ji)光器)可(ke)以(yi)輻射將近3.5μm波(bo)長的(de)光。它(ta)們可(ke)以(yi)在很大范圍內調諧,并且輸出功率可(ke)達幾百毫瓦。
Fe2+:ZnSe激光器可(ke)以(yi)輻射3.7-5.1μm的光。
基于摻鉺(er)光纖(xian)或者摻鈥的氟化物光纖(xian)的光纖(xian)激光器(qi)可(ke)以輻射3μm波長(chang)的光。
選取(qu)激光(guang)器晶體和玻璃(li)需要具有較低光(guang)子能(neng)量的材料,否則激光(guang)躍遷會由于多光(guang)子躍遷的存(cun)在而發生(sheng)淬滅。
氣體和化學激光器
只(zhi)有很少的(de)氣體激(ji)光器會輻射中紅(hong)外波長(chang)的(de)光。例如氦氖激(ji)光器輻射波長(chang)為3.391μm。
氟化(hua)(hua)氘化(hua)(hua)學(xue)激光器輻射波長(chang)在3.8μm附(fu)近。它們通(tong)常(chang)用(yong)于軍事(shi)用(yong)途。
基于差頻產生原理的光源
利用(yong)非(fei)線性(xing)晶體中(zhong)的(de)差頻產生(difference frequency generation, DFG)過程可以得到很大范圍的(de)中(zhong)紅外光,信號(hao)光為兩個近紅外光束。例(li)如,可以采用(yong)1064 nm的(de)Nd:YAG 激光器(qi)和波長可調諧的(de)1.5μm摻鉺光纖激光器(qi),然后將二者的(de)輸出(chu)光在周期性(xing)極化的(de)鈮酸鋰(li)(LiNbO3)晶體中(zhong)混合。
當(dang)光(guang)纖激光(guang)器(qi)調(diao)諧(xie)到(dao)1530nm和1580nm之間時(shi),中紅外輸出(chu)光(guang)波(bo)長范圍(wei)在3258nm和3993nm之間。(該范圍(wei)與光(guang)纖激光(guang)器(qi)的(de)變(bian)化范圍(wei)相對(dui)應(ying),但是(shi)長波(bo)長時(shi)需要激光(guang)器(qi)具有(you)更(geng)大的(de)波(bo)長變(bian)化。)
對于連續光(guang)工作的(de)(de)激(ji)光(guang)器,非線性轉化(hua)效(xiao)率(lv)較低,并且產生(sheng)的(de)(de)輸(shu)出功率(lv)通常低于1 mW, 然而該功率(lv)足(zu)夠用(yong)(yong)于光(guang)譜學中。采用(yong)(yong)脈(mo)沖光(guang)束(例如調Q激(ji)光(guang)器),可(ke)以得到高(gao)很多的(de)(de)輸(shu)出功率(lv),當然這也需要兩激(ji)光(guang)更準確的(de)(de)混合。
近(jin)年來(lai),已經可以制備定向砷化鎵晶體(GaAs),因此(ci)可以實(shi)現差頻產生中的(de)準相位(wei)匹配得到很寬(kuan)的(de)輸出波(bo)長范圍(wei)。
光參量振蕩器,放大器和發生器
另一種非線(xian)性頻率轉(zhuan)換是先采用一個(ge)近紅(hong)外(wai)激光器(qi)來泵浦(pu)光參(can)量振蕩(dang)器(qi)(OPO),放大(da)器(qi)(OPA)或(huo)者發生器(qi)(OPG)。產生的閑散光就位于(yu)中紅(hong)外(wai)光譜區域。例(li)如:
鎖模的1064nm皮秒Nd:YVO4激光(guang)(guang)器可(ke)通過晶體(ti)泵浦(pu)OPO,輸出的閑散光(guang)(guang)波長(chang)(chang)為4 μm甚至4.5 μm,受限于當波長(chang)(chang)邊長(chang)(chang)時閑散光(guang)(guang)的吸收也(ye)變大(da)。這種OPO通常具有一個(ge)共振(zhen)的信號(hao)波長(chang)(chang),在(zai)該處閑散光(guang)(guang)之間(jian)在(zai)非線性晶體(ti)后耦合(he)出去。
調Q激光(guang)器通常(chang)用(yong)(yong)來泵(beng)浦(pu)納(na)秒OPO得到中紅外光(guang)。常(chang)用(yong)(yong)的(de)晶體材(cai)料為磷化鋅鍺(zang)(ZGeP, ZnGeP2),硫鎵銀和硒(xi)鎵銀(AgGaS2, AgGaSe2),硒(xi)化鎵(GaSe)和硒(xi)化鎘(CdSe)。由于這些材(cai)料在(zai)1μm區域都(dou)(dou)不是透明的(de),通常(chang)需要采用(yong)(yong)串聯OPO:第一個(ge)OPO將1μm的(de)激光(guang)轉化成更長的(de)波(bo)長,通常(chang)用(yong)(yong)來泵(beng)浦(pu)中紅外OPO。信(xin)號光(guang)和閑(xian)散(san)光(guang)都(dou)(dou)在(zai)中紅外區域。
這一器(qi)件很(hen)容易得到能(neng)量為幾(ji)十毫焦的(de)脈沖。輸出(chu)波長可(ke)在幾(ji)百(bai)納米范圍內調諧(xie)。
其它光源
其它一些不常用的(de)中紅外(wai)光源為:
自由電(dian)子激光器
倍頻CO2激光器
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