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項(xiàng)目成果/簡介:在傳統(tǒng)貴金屬（金、銀等）之外發(fā)掘出具有高性能等離激元效應(yīng)的非金屬新材料，是當(dāng)前等離激元學(xué)基礎(chǔ)研究及應(yīng)用研發(fā)的一個熱點(diǎn)與難點(diǎn)。金屬氧化物半導(dǎo)體材料具有豐富可調(diào)的光、電、熱、磁等性質(zhì)，對其采取氫化處理可有效修飾其電子結(jié)構(gòu)，從而獲得豐富可調(diào)的等離激元效應(yīng)；此處的一個關(guān)鍵性挑戰(zhàn)在于如何顯著提高金屬氧化物半導(dǎo)體材料內(nèi)稟的低自由載流子濃度。基于該研究團(tuán)隊(duì)新近發(fā)展的、理論模擬計算指導(dǎo)下的電子-質(zhì)子協(xié)同摻氫策略，在本工作中研究人員采用簡便易行的金屬-酸溶液原位聯(lián)合處理方法實(shí)現(xiàn)了金屬氧化物MoO3半導(dǎo)體材料在溫和條件下的可控加氫（即實(shí)現(xiàn)了“本征半導(dǎo)體→準(zhǔn)金屬”的可控相變），從而突破性地大幅提升了該材料中的自由載流子濃度。研究表明，氫化后的MoO3材料中自由電子濃度與貴金屬相當(dāng)（譬如H1.68MoO3：~1021cm-3；Au/Ag：~1022cm-3），這使得該材料的等離激元共振響應(yīng)從近紅外區(qū)移至可見光區(qū)，且兼具強(qiáng)增益及可調(diào)性。結(jié)合第一性原理模擬計算和以超快光譜為主的多種物性表征，研究人員進(jìn)一步揭示出該協(xié)同摻氫所導(dǎo)致的準(zhǔn)金屬能帶結(jié)構(gòu)及相應(yīng)的等離激元動力學(xué)性質(zhì)。作為效果驗(yàn)證，研究人員在一系列表面增強(qiáng)拉曼光譜（SERS）實(shí)驗(yàn)中證實(shí)該材料表面等離激元局域強(qiáng)場可使吸附的羅丹明6G染料分子的SERS增強(qiáng)因子高達(dá)1.1×107（相較于一般半導(dǎo)體的104?5和貴金屬的107?8），檢測靈敏限低至納摩量級（1×10-9mol L-1）。 這項(xiàng)工作創(chuàng)新性地發(fā)展出一種調(diào)控非金屬半導(dǎo)體材料系統(tǒng)中自由載流子濃度的一般性策略，不僅低成本地實(shí)現(xiàn)了具有強(qiáng)且可調(diào)的等離激元效應(yīng)的準(zhǔn)金屬相材料，而且顯著地拓寬了半導(dǎo)體材料物化性質(zhì)的可變范圍，為新型金屬氧化物功能材料的設(shè)計提供了嶄新的思路和指導(dǎo)。

實(shí)驗(yàn)原理 1、在電磁場的作用下，材料中的自由電子會在金屬表面發(fā)生集體振蕩，產(chǎn)生表面等離激元（Surface Plasmon）； 2、共振狀態(tài)下電磁場的能量被有效轉(zhuǎn)換為金屬表面自由電子的集體振動能。

直徑為幾個微米到幾十納米的微納光纖具有大的消逝場，高的非線性，低的損耗，易于操作，成本低廉等一系列特點(diǎn)。利用微納光纖可以制備成具有多種功能的尺寸在1mm以內(nèi)的微小器件，并且具有與普通光纖一樣的輸入輸出端，插入損耗極低。本項(xiàng)目有兩種代表性的器件：1.微型流/氣體傳感器，體積小，所需被檢測物的量也極小，十分適合用于檢測有毒有害氣體液體，另外該種傳感器也可以用于檢測振動等；2.全光纖的微型分布反饋式激光器，器件成本極其低，效率高，體積小于100umX1mm

本發(fā)明公開了一種雙波長可調(diào)諧摻銩光纖激光器，屬激光器技術(shù)領(lǐng)域。由泵浦源、摻銩光纖、泵浦光聚焦透鏡、分色鏡、激光準(zhǔn)直透鏡、兩個反射式體布拉格光柵（以下簡稱為ＶＢＧ）和寬帶介質(zhì)膜高反鏡組成。本發(fā)明利用兩個ＶＢＧ作為諧振腔端面反射元件，使兩個ＶＢＧ所對應(yīng)的反射波長同時起振，利用體布拉格光柵反射波長隨角度可調(diào)諧的特性，振蕩的兩個波長可分別獨(dú)立在幾十納米的范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)諧，其調(diào)諧范圍的大小與ＶＢＧ設(shè)計參數(shù)有關(guān)。本發(fā)明有益效果是：適用于高功率運(yùn)行，且可進(jìn)一步升級為多波長同時輸出的激光器系統(tǒng)。

本發(fā)明公開一種全固態(tài)調(diào)Q倍頻無衍射激光器,包括光學(xué)平臺,連續(xù)式輸出808nm波長光束的半導(dǎo)體激光器,聚焦透鏡,平面鏡一,能夠吸收808nm波長泵浦光并輸出1064nm波長光束的工作物質(zhì),適用于1064nm波段的調(diào)Q晶體,適用于1064nm波長倍頻的倍頻晶體,平面鏡二和軸棱錐,上述半導(dǎo)體激光器,聚焦透鏡,平面鏡一,工作物質(zhì),調(diào)Q晶體,倍頻晶體,平面鏡二和軸棱錐依次支撐定位于光學(xué)平臺上.采用上述方案后,本發(fā)明的全固態(tài)調(diào)Q倍頻無衍射激光器,可以在獲得達(dá)到較高的輸出功率,擁有良好的無衍射光束質(zhì)量的脈沖式Bessel光束的同時簡化實(shí)驗(yàn)儀器,降低實(shí)驗(yàn)成本.

半導(dǎo)體激光器由于體積小、效率高、結(jié)構(gòu)簡單、便于調(diào)諧等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)、軍事、科研以及家電等領(lǐng)域發(fā)揮越來越重大作用，已成為重要的基礎(chǔ)器件。 項(xiàng)目研制和開發(fā)了半導(dǎo)體激光器系列產(chǎn)品，主要包括: 1、可調(diào)諧外腔半導(dǎo)體激光器 激光器二極管(LD)發(fā)出的光經(jīng)準(zhǔn)直透鏡后平行入射到外腔閃耀光柵上，經(jīng)光柵分光得到一級衍射光和零級光。一級衍射光反饋回外腔與有源區(qū)光場相互作 用，實(shí)現(xiàn)壓窄線寬、降低噪聲目的;零級光經(jīng)聚焦透鏡后作為輸出光，調(diào)整光柵 的角度可實(shí)現(xiàn)波長的調(diào)諧。產(chǎn)品覆蓋從 762 到 795 納米(nm)各種波長，輸出功 率 50~100 毫瓦(mW)，線寬<500 kHz，可用于工業(yè)測量、光通信、光信息處理、 激光光譜學(xué)等。2、外腔半導(dǎo)體激光器穩(wěn)頻系統(tǒng)通過調(diào)制激光器的外腔、激光管的注入電流等得到激光光譜信號，處理后得 到參考譜線中心頻率兩側(cè)極性相反的穩(wěn)頻誤差控制信號，將激光頻率鎖定在參考 譜線中心附近。激光穩(wěn)頻在精密干涉測量、光頻標(biāo)、光通信、激光陀螺及其精密光譜研究等 領(lǐng)域中有廣泛應(yīng)用。產(chǎn)品可實(shí)現(xiàn)三種激光穩(wěn)頻，將線寬限制在 100kHz 左右。主 要有:(1)飽和吸收鎖——鎖峰: 產(chǎn)品精度高且易于操作。利用飽和吸收峰將激光 器精確鎖在某一固定頻率上。(2)FP 腔鎖——鎖峰:產(chǎn)品使用非常方便。通過改變 FP 腔的腔長實(shí)現(xiàn)一定 范圍的波長掃描。(3)PID 電路鎖——鎖邊:產(chǎn)品簡單易用，用于對精度要求不高的鎖頻應(yīng)用。 3、外腔半導(dǎo)體激光放大器 放大器可對入射激光進(jìn)行放大，同時保持注入光的偏振、線寬和波長等物理特性不變。產(chǎn)品輸入光功率 10 mW~50 mW, 放大倍數(shù) 13dB, 輸出功率 500mW~ 1000mW,增益帶寬 30nm。

可以量產(chǎn)/n波長范圍905-1064nm、水平、垂直發(fā)散角<10度；直流輸出功率>5W;窄脈沖輸出功率>20W;光子晶體激光器模塊窄脈沖輸出功率>130W；并與傳統(tǒng)半導(dǎo)體激光器工藝相兼容。此外還開展了808nm、980nm和1064nm等波段光子晶體激光器研究。“先進(jìn)半導(dǎo)體光子晶體激光器技術(shù)研究”獲得2013年度北京市科學(xué)技術(shù)獎二等獎，光子晶體高功率高亮度激光器被評為“2014中國光學(xué)重要成果”。市場預(yù)期：半導(dǎo)體激光器的應(yīng)用范圍覆蓋了整個光電子學(xué)領(lǐng)域，已成為當(dāng)今光電子科學(xué)的核

項(xiàng)目成功開發(fā)了級聯(lián)振蕩Er*:ZBLAN光纖激光器，采用基于多色鏡技術(shù)的F-P腔和全固態(tài)LD反向泵浦技術(shù)獲”了2.8um 和1.6um雙波段激光輸出，由于2.8ym波長的激光可進(jìn)行精確切割而1.6um波長的激光可凝結(jié)止血，因此同時輸出此兩個波段的激光器可用于開發(fā)多用途的激光醫(yī)療系統(tǒng)。同時這兩個波段的激光在光電對抗、激光通信、空間探測、科研測量等方面都有良好的應(yīng)用前景。項(xiàng)目在實(shí)施過程中申報國家專利5項(xiàng)，已獲發(fā)明專利授權(quán)3項(xiàng)、實(shí)用新型專利授權(quán)1項(xiàng);發(fā)表科研論文8篇，其中被SCI收錄7篇。