高能量超短脉冲中红外激光技术
批准号:
61935010
项目类别:
重点项目
资助金额:
302.0 万元
负责人:
陈振强
依托单位:
学科分类:
激光
结题年份:
2024
批准年份:
2019
项目状态:
已结题
项目参与者:
陈振强
中文摘要
3~5μm中红外高能量超短脉冲激光在军事和安全等领域具有重大需求。针对该波段激光发展存在能量低、系统复杂等问题,拟采用基于2μm 全固态飞秒激光泵浦OPO,再经过Fe:ZnSe类晶体放大产生中红外高能量超短脉冲调谐激光。首先系统研究Fe:ZnSe类晶体组分结构与晶体场强、声子能量、激光性能等构效关系,建立多参数协同物理模型,获得降低声子能量、减小无辐射跃迁几率、克服声子淬灭新方法;研制出适于室温运转的高质量Fe:ZnSe类晶体,突破制约中红外激光发展的晶体材料“瓶颈”;研究Fe:ZnSe类晶体和2μm激光材料的光热折射、谐波和自聚焦等非线性效应,探索锁模新机理和设计新型器件;研究色散补偿新技术;研制2μm飞秒激光器、3~5μm 参量振荡器和晶体多冲程放大器,实现中红外可调谐脉宽100fs级、M2小于2、能量100微焦级激光输出。项目成果将推动中红外超快激光技术的发展,服务于国防重大需求。
英文摘要
3~5μm high energy mid-infrared ultrafast laser holds much promise for the security and military field. In this project, a 2μm all-solid-state ultrafast laser will be used as the pumping for optical parametric oscillating and generate 3~5μm ultrafast seed laser, then the seed laser will be amplified by a Fe:ZnSe based amplifier and realize the high energy output. Firstly, we would carry out the systematic research of the structure-activity relationship between the components and the properties (such as crystal field strength, phonon energy, laser performance) in the kind of Fe:ZnSe crystals. Then, a physical model based on these structure-activity relationships would be set up to obtain a new method on how to reduce the phonon energy, decrease the nonradiative transition probability, and overcome the multiple phonon quenching. Finally, a kind of excellent Fe:ZnSe crystals suitable for room temperature laser operation will be developed, which would break through the “crystal material bottleneck” that restricts the development of mid-infrared laser. We would study the nonlinear effects (photorefractive effect, thermal induced birefringence effect and self-focusing effect) of the Fe:ZnSe based crystal and the gain media emits at 2μm, find the new methods for mode-locking and design new mode-locked devices; exploit new technologies for dispersion compensation; develop a 2μm ultrafast laser with an amplifier, a 3~5μm optical parametric oscillator and a Fe:ZnSe based innoslab amplifier, and finally obtain the high energy mid-infrared femtosecond tunable laser. These achievements will promote the development of high energy mid-infrared ultrafast tunable laser and meet the great demand in the military field.
针对中红外高能量超短脉冲激光在军事和安全等领域的国家重大需求,提出了以固体激光和非线性变换技术研究为主的研究路线,研究内容与成果如下:.(1)在理论方面。建立了中红外超短脉冲增益放大动力学模型,确立了超短脉冲激光放大器的脉冲宽度与放大效率之间的关系;发展了激光晶体有限元模型,构建了一套能够精准模拟晶体内温度和应力情况的新理论和新方法。.(2)在材料研究方面。成功制备了Fe:ZnSe晶体和Tm:GYAP晶体,研制了基于Er:YAG晶体的被动调Q 2.9μm激光泵浦源;开发了双包层Tm3+/Al3+共掺石英基玻璃微结构光纤,并应用于2μm种子超快激光主放大。.(3)在种子源研究方面。利用自主研制的光子晶体光纤和NALM锁模技术开发了高性能、高集成度的2μm锁模激光种子源。.(4)2μm超短脉冲再生放大技术研究。在种子源和主放大的基础上,将自主研制的布氏角切割Tm:GYAP晶体用于再生放大,实现了低重频、高能量2μm超短脉冲激光输出,单脉冲能量达到1.96mJ@1KHz,稳定性良好,脉冲能量和转换效率为当前国际最高指标。.(5)在OPO系统研究方面。采用单谐振腔(信号光谐振)和新型的正反向同步泵浦设计和阶梯型4通道PPLN,实现了信号光3286 nm, 3373 nm, 3489 nm, 3686 nm和闲频光4794 nm、4620 nm、4420 nm、4139 nm波长的输出,激光功率达到1.14W@3373nm,达到国际先进水平。.(6)采用再生放大压缩后的2μm激光经过OPA系统后,实现了单脉冲能量最高86μJ@3560nm、脉宽达到数百fs左右。.共发表SCI收录论文81篇,其中中科院1区论文3篇、2区论文42篇;培养教师15人、博士后出站2人、博士毕业9人、硕士毕业23人;申报相关专利20件,其中授权发明专利13件和实用新型专利4件。
Yb3+离子掺杂CaGd1-xYxAlO4混晶的构效关系、生长工艺及其超快激光研究
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批准号:62375106
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项目类别:面上项目
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资助金额:49万元
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批准年份:2023
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负责人:陈振强
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依托单位:
基于石墨烯锁模技术的镱离子掺杂四钼酸盐晶体微片超快激光研究
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批准号:61475067
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项目类别:面上项目
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资助金额:82.0万元
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批准年份:2014
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负责人:陈振强
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依托单位:
祖母绿晶体的激光性能和激光器研究
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批准号:60278025
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项目类别:面上项目
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资助金额:24.0万元
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批准年份:2002
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负责人:陈振强
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依托单位:
国内基金
海外基金