锑化物超晶格长波红外焦平面探测器研究进展

锑化物的研究开始于20世纪50年代,70年代随着超晶格概念及后来能带工程的出现,锑化物在红外探测领域的潜力逐渐显露.基于现实的需求,锑化物材料的生长外延及工艺处理技术取得了快速进步,这也得益于之前对Ⅲ-Ⅴ族材料的大量研究.Ⅱ类超晶格(T2SL)的发展主要源于两个主要原因:首先相对于HgCdTe材料,Ⅱ类超晶格具有低成本、可重复性、可操作性、高均匀性等优势,尤其在长波红外及以上波段,Ⅱ类超晶格相对于HgCdTe的优势更明显.其次与HgCdTe材料相比,Ⅱ类超晶格具有很低的俄歇复合概率,这意味着Ⅱ类超晶格红外探测器具有比HgCdTe探测器更低的暗电流或更高的工作温度,提高长波焦平面的工作温度对于降低成像系统的功耗、尺寸及重量至关重要.另外,大气窗口在8–14μm有最高的透射率,同时温度为室温(300 K)的物体所发射的红外辐射波长大约为10μm.因此,长波红外探测对于InAs/GaSbⅡ类超晶格极具价值.理论上Ⅱ类超晶格红外探测器在等效截止波长下能提供同等或超越HgCdTe探测器的性能.但由于Ⅱ类超晶格材料在少子寿命上与HgCdTe存在很大差距,导致Ⅱ类超晶格探测器在耗尽区有很高的产生复合电流.为了抑制产生复合电流及其他机制暗电流,提出了各种结构并应用于Ⅱ类超晶红外探测器上,如PπMN结构、CBIRD以及单极势垒型等,极大地降低了长波器件的暗电流,同时增加了器件阻抗及探测率.此外,InAs/InAsSb超晶格的提出,避免了由Ga在禁带引入复合中心,有效地提高了少子寿命.随着Ⅱ类超晶格技术及理论的不断完善,锑化物超晶格长波焦平面在可操作性、均匀性、稳定性、可扩展性上的优势将更为明显.     

3-5μm中红外光源产生概述

讨论了各类中红外激光器,如气体激光器、化学激光器、自由电子激光器、半导体激光器、固体激光器和光参量振荡激光器,尤其重点分析了基于非线性光学理论的中红外光学参量振荡激光器。通过比较各种中红外激光器的优缺点,可以得出中红外光参量振荡激光器将是未来产生3-5μm中红外光源的最重要的方法之一。     

2μm波长高功率掺铥光纤激光器

介绍了2μm波长高功率掺铥光纤激光器的基本原理,重点分析了其国内外研究的发展现状,梳理了2μm波长高功率掺铥光纤激光器的技术发展趋势,根据其特点分析了2μm波长高功率掺铥光纤激光器在传感和光谱分析、医疗和材料加工等方面的应用前景。     

铯原子反宇称态之间的受激电子喇曼散射

我们运用染料激光器,通过钯原子6S-6P电四极-电偶极受激喇曼散射过程,获得了位于3.01μm和 3.49μm附近的可调谐相干红外辐射。本文介绍了这一过程的理论和红外辐射的一些性能。     

双重乳液法制备环氧树脂中空微球及其性能

利用W_1/O/W_2双重乳液法制备环氧树脂中空微球。研究了内水相(W_1)质量分数、外水相(W_2)温度及环氧预聚合时间等重要工艺参数对环氧树脂中空微球形貌的影响。通过扫描电子显微镜、激光粒度测试、红外光谱和热失重分析对环氧树脂中空微球进行了表征。结果表明:制备的环氧树脂中空微球具有较好的中空结构,其粒径约20μm,壁厚约5μm;粒径分布范围为10～100μm,体积加权平均粒径为35. 7μm;红外光谱结果表明所制备的环氧树脂中空微球固化较完全;热失重结果表明环氧树脂中空微球的热分解起始温度为316℃,质量保存率为15%。     

基于MgO掺杂LiNbO_3的高功率2μm光参量振荡器

采用1μm激光泵浦周期性极化掺镁铌酸锂晶体光参量振荡器(Mg O:PPLN OPO),实现了高功率2μm近红外激光输出.利用Nd:YVO_4激光器产生的1μm激光泵浦Mg O:PPLN OPO,在泵浦功率为7.2 W时,获得了5.3 W的2μm激光输出,转换效率为74%.泵浦源改用Nd:YAG激光器,并对其进行优化设计,提高了Nd:YAG激光器的输出功率和光束质量,用其泵浦MgO:PPLN OPO,在泵浦功率为25 W时,获得了9.5 W的2μm激光输出.     

人眼安全2μm全固态激光器

近年来,由于人眼安全的2μm波段激光在军事,医疗,遥感方面日趋广泛的应用,对高效,紧凑,长寿命,稳定性好的激光器的需求越来越迫切。本文就目前国内外2μm波段全固态激光器的现状作了详细的介绍,并在提高2μm全固态激光器输出功率的前景方面提出了一些自己的建议。     

基于PPLT晶体的瓦级中红外光参量振荡器研究

采用脉冲电场畴反转技术制备了长40mm、厚1mm、周期为28.6μm的钽酸锂超晶格（PPLT）晶体。利用工作波长在1.064μm的Nd：YAG激光器作为抽运光源,未镀膜的PPLT晶体作为非线性工作介质,实现了一台输出信号光波长在1.48gm、闲频光波长在3.8gm的光参量振荡器.在抽运功率为20w,调Q频率为5.1KHz时得到3W的信号光功率输出,中红外光功率大于1.2W,波长调谐范围超过200nm。进一步优化光参量振荡器元件参数,红外激光输出功率还能有较大提高。     

低发射率SiO2/Al2 O3纳米复合粉体的制备和红外隐身性能

采用溶胶-凝胶法制备非晶态和结晶态两种相结构的SiO2/Al2 O3纳米复合粉体,通过X射线衍射、透射电子显微镜等手段对纳米复合粉体结构和形貌进行表征,并利用傅里叶变换红外光谱仪研究纳米复合粉体的红外隐身性能.结果表明：两种相结构的SiO2/Al2 O3纳米复合粉体均呈不规则颗粒状,其中结晶态SiO2/Al2 O3纳米复合粉体的平均晶粒尺寸约为18 nm；结晶态SiO2/Al2 O3纳米复合粉体在2.5~25μm波长范围内的红外发射率均低于非晶态复合粉体,3~5μm内发射率平均值为45.65%,8~14μm内发射率平均值为46.19%,是一种低发射率的红外隐身复合纳米材料.     

1.3μm InAs/GaAs量子点侧向耦合浅刻蚀分布反馈激光器

为了简化工艺流程和减轻制备难度,提出了1.3μm分布反馈(distributed feedback,DFB)激光器的新型制作方法.该方法采用纯折射率侧向耦合(laterally coupled, LC)结构,将一阶光栅浅刻蚀在脊形波导两侧,避免了激光器材料的二次外延和光栅深刻蚀.采用非掺杂和p掺杂两种InAs/GaAs量子点(quantum dot, QD)样品来制备LC-DFB激光器.与采用传统方法制备的DFB激光器相比,非掺杂量子点LC-DFB激光器表现出了低的阈值电流,其值为1.12 mA/量子点层; p掺杂量子点LC-DFB激光器表现出了较大的特征温度和斜率效率.在室温下,这种浅刻蚀的LC-DFB激光器实现了单纵模连续输出,边模抑制比(side mode suppression ratio, SMSR)高达51 dB.同时,在不同的测试温度和注入电流下,这种激光器表现出了优良的波长稳定性. 1.3μm浅刻蚀量子点LC-DFB激光器有望在远距离光纤通信领域实现巨大应用价值.     

激光光斑及束腰光斑尺寸的测量研究

激光光斑尺寸和激光束腰光斑尺寸是标志激光器性能的重要参数，也是激光器在应用中的重要参量。用CCD作为探测传感器，可以更精确地测出激光器的光斑尺寸和束腰光斑尺寸，克服了传统测量的繁杂过程，并用计算机控制及数据处理，测量精度由原来的10μm提高到2μm，为激光器性能研究和光信息处理提供了一种新的方法。     

新型低维结构锑化物红外探测器的研究与挑战

红外光电探测器已经历了半个多世纪的发展,先后出现了机械扫描式单元及线列探测器和凝视型红外焦平面探测器两代探测器技术,并形成了一个庞大的红外探测器器件家族.近年来人们逐渐提出了以高探测率、大面阵、低成本、多光谱为技术特点的第三代红外探测器概念.锑化物红外探测材料以其具备的优越光电性能:量子效率高,暗电流小,微带带隙可调,均匀性高、成本低等,成为第三代红外焦平面探测器的最优选材料.本文回顾了近年来国内外第三代红外探测器材料与器件的研究发展历程,重点阐明了锑化物II类超晶格红外探测材料在技术上的优势及其国内外发展现状.通过分析个多个重点研究机构的技术发展历程,阐明了锑化物材料与器件研究的发展趋势,面临的挑战以及今后数年内该领域的研究重点.     

Nd:YAG调Q脉冲泵浦的Cr4+:Mg2SiO4激光器

采用Nd∶YAG调Q激光器输出的1.06μm光脉冲泵浦掺铬镁橄榄石(Cr4 ∶Mg2SiO4)晶体,实现Cr4 ∶Mg2SiO4激光器的增益开关运转.Cr4 ∶Mg2SiO4在46 mJ的泵浦能量下,输出激光脉冲的中心波长约为1.22μm,能量和脉宽分别为4.8 mJ和8.2 ns,其光-光转换效率达到12%.同时,研究激光器的光-光转换效率随聚焦透镜焦距的变化特性.     

1.7～1.9 μm波段氟化物光纤拉曼激光器的理论研究

文章数值分析了基于氟化物光纤的级联拉曼脉冲光纤激光器;利用分步傅里叶法,分析了输出端耦合比、泵浦功率和光纤长度对激光器输出功率和转换效率的影响;并对激光输出进行波长调谐分析,从理论上为实现1.7～1.9μm波段的波长可调谐拉曼脉冲光纤激光器提供了依据。研究结果表明:利用1.55μm波段的泵浦源,通过一阶和二阶拉曼散射过程,该激光器能产生覆盖1.7～1.9μm波段的激光输出;该激光器模型输出端的最佳反射率约为10%;在泵浦功率约为52.893 W的情况下,最佳光纤长度在10～15 m之间;经过优化,获得最大平均输出功率为33.782 W,最高转换效率为68.2%。     

2μm状态可切换光纤激光器实验研究

报道了一种2μm状态可切换的光纤激光器,该激光器结合萨格纳克环(Sagnac loop)和非线性放大环镜,通过调节泵浦功率和偏振控制器,能够稳定工作在2个不同区域,即多波长工作区(Ⅰ区)和多波长与锁模态可切换工作区(Ⅱ区).Ⅰ区:激光器运行的中心波长为2017.4 nm,获得了19个稳定的波长,且相邻波长间隔为1.03 nm;Ⅱ区:激光器实现了多波长与锁模态之间的灵活切换,多波长态类似于Ⅰ区;其锁模态的脉冲宽度、光谱宽度和信噪比分别为1.62 ns,15.23 nm和34 dB.研究结果对2μm状态可切换光纤激光器输出动力学特性研究具有一定的指导意义.     

TEA-CO2激光器的调频

采用了条片状阴极的双放电结构,制成了一台选頻的TEA-CO2激光器,在9μm—11μm范围内,共选頻出谱线85条。单线最大脉冲输出能量为2.38焦耳。     

MWCNTs/ZnO雷达-红外兼容隐身材料的制备及性能研究

浓硝酸处理多壁碳纳米管(MWCNTs),并通过化学沉淀法制备多壁碳纳米管/氧化锌(MWCNTs/Zn O)复合材料,研究了复合材料的微波吸收和红外辐射性能。用XRD、SEM、FT-IR、TG对MWCNTs/Zn O复合材料的结构、形貌及热稳定性进行了表征;用矢量网络分析仪和IR-2红外发射率测量仪测试样品的微波吸收和红外发射率。研究结果表明:MWCNTs/Zn O复合材料在2-18 GHz频段内最大反射损耗值为-4.5 d B,8-14μm波段内的最低红外发射率为0.81。     

双包层光纤激光器泵浦源的光束整形及耦合系统

为了提高双包层光纤激光器泵浦光的耦合效率,对泵浦光采用直角棱镜组进行了光束整形、空间滤波、非球面镜聚焦。实验测得滤波小孔尺寸为2mm×0.8mm时,聚焦光斑为325μm×200μm,系统的耦合效率为38％。该系统适当改进后可用于实施百瓦级光纤激光器的泵浦实验。     

基于MgO:PPLN的高功率2μm光参量振荡器

采用1m激光泵浦周期性极化掺镁铌酸锂晶体光参量振荡器（MgO:PPLN OPO）,实现了高功率2m近红外激光输出.采用Nd:YVO4激光器产生的1m激光泵浦MgO:PPLN OPO,在泵浦功率为7.2W时,获得了5.3W的2m激光输出,转换效率为74％.为进一步获得更高功率的红外激光输出,泵浦源改用Nd:YAG激光器,并对其进行优化设计,提高了Nd:YAG激光器的输出功率和光束质量,用其泵浦MgO:PPLN OPO,在泵浦功率为25W时,获得了9.5W的2m激光输出.     

10.6μm红外膜系制备工艺研究

采用真空镀膜法,在半导体晶片GaAs衬底上制备红外增透和增反光学薄膜,研究了Si滤光片对镀膜工艺的影响以及10.6μm增透膜系和10.6μm增反膜系的透射特性.结果表明,Si滤光片可以有效地消除单色仪二级以上光谱对镀膜工艺的影响,是一种理想的红外监控光的滤光片.监控光波长的修正值△λ约为原波长的2.5%～3%时,是制备该红外光学薄膜的较佳的条件.