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上海光機(jī)所在中紅外光譜合束光柵研究方面取得新進(jìn)展
近期，中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所高功率[詳細(xì)]
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上海光機(jī)所在中紅外光譜合束光柵研究方面取得新進(jìn)展
2025年12月08日 14:34:06
來源：化工儀器網(wǎng) 點(diǎn)擊量：114
近期，中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所高功率激光元件技術(shù)與工程部研究團(tuán)隊(duì)在中紅外光譜合束光柵研究方面取得新進(jìn)展，為未來實(shí)現(xiàn)數(shù)十至數(shù)百瓦級中紅外合成激光系統(tǒng)提供關(guān)鍵器件支持。
作為應(yīng)用較為廣泛的光譜技術(shù)，中紅外光譜不僅可用于化學(xué)基團(tuán)鑒定和物質(zhì)結(jié)構(gòu)分析，還能通過朗伯-比爾定律實(shí)現(xiàn)定量檢測。隨著傅里葉變換儀器和顯微分析技術(shù)的發(fā)展，其應(yīng)用已擴(kuò)展至環(huán)境監(jiān)測、材料科學(xué)等多個領(lǐng)域。
近期，中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所高功率激光元件技術(shù)與工程部研究團(tuán)隊(duì)在中紅外光譜合束光柵研究方面取得新進(jìn)展，相關(guān)研究成果以“Robust volcano-shaped gold-coated holographic gratings for dual-grating spectral beam combining of mid-infrared OPO lasers”為題發(fā)表于Optics Express。
中紅外光譜合成技術(shù)是目前提升中紅外激光輸出功率最有效的技術(shù)路線之一，該技術(shù)的輸出功率上限取決于核心元件-中紅外合束光柵的綜合性能，但是傳統(tǒng)可用的金屬刻劃光柵存在效率低、損傷閾值有限等問題，嚴(yán)重遏制了中紅外光譜合成技術(shù)的發(fā)展以及激光功率的提升。
針對上述難題，研究團(tuán)隊(duì)首次提出并設(shè)計(jì)了一種火山形全息光柵結(jié)構(gòu)，在中紅外波段實(shí)現(xiàn)寬角度、寬波段的高效衍射?；谠撛O(shè)計(jì)所制備的合束光柵在TM偏振、60°入射條件下，2.8–4 μm范圍內(nèi)衍射效率均高于95%，平均達(dá)96.37%，波前畸變極小，滿足高功率合成系統(tǒng)對光柵光譜性能的要求。
研究團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)分析了中紅外寬光譜激光在合成系統(tǒng)中的空間色散與逆色散耦合機(jī)制，從系統(tǒng)層面分析了光柵光譜、角譜與入射光陣列的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，并構(gòu)建了雙光柵合束實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，使用中心波長為3.16 μm與3.89 μm的光參量振蕩(OPO)激光進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
結(jié)果顯示，合成效率達(dá)92.5%，合成光束BPP=1.99 mm·mrad，光束質(zhì)量保持良好。該合束光柵在連續(xù)激光輻照下可承載超過1000W/cm2的功率密度，相較現(xiàn)有商用刻劃光柵提升4倍，展現(xiàn)出該光柵在高功率中紅外激光系統(tǒng)中的實(shí)際應(yīng)用潛力，并為未來實(shí)現(xiàn)數(shù)十至數(shù)百瓦級中紅外合成激光系統(tǒng)提供了關(guān)鍵器件支持。
未來，隨著技術(shù)的不斷優(yōu)化升級，中紅外光譜合束光柵的性能有望進(jìn)一步提升，其應(yīng)用領(lǐng)域也將進(jìn)一步拓展，為我國相關(guān)產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展注入強(qiáng)勁動力。
素材來源：中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所
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