中紅外波段激光在分子光譜、氣體探測、環(huán)境保護、醫學(xué)、激光通訊、紅外遙感及光電對抗等領(lǐng)域具有重要的應用，非線(xiàn)性光學(xué)頻率變換是目前獲得中紅外激光的有效途徑。常用的中紅外非線(xiàn)性光學(xué)晶體（硫化物及硒化物等）受到低激光損傷閾值（<0.1GW/cm2）的限制，不能夠滿(mǎn)足當今對大功率中紅外激光的迫切需求。尋找具有高激光損傷閾值的新型中紅外非線(xiàn)性光學(xué)材料是當前中紅外激光研究領(lǐng)域的前沿和熱點(diǎn)。
　　
　　碳化硅是一種重要的寬禁帶半導體材料，由于其具有高的熱導率、大的飽和電子漂移速率及高的擊穿場(chǎng)強，被廣泛應用于制備高溫、高頻及大功率電子器件。4H碳化硅點(diǎn)群為6mm，理論上存在二階非線(xiàn)性光學(xué)效應。同時(shí)碳化硅優(yōu)異的物理性質(zhì)，如寬的帶隙（2.3-3.2eV）、高的熱導率（490W/m?K）及強的共價(jià)鍵能（5eV）等有利于提高其抗激光損傷能力，其損傷閾值可達80GW/cm2。然而，目前國際上還沒(méi)有碳化硅晶體非線(xiàn)性光學(xué)頻率變換的實(shí)驗報道。
　　
　　中國科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家實(shí)驗室（籌）先進(jìn)材料與結構分析實(shí)驗室陳小龍研究組（A02組，功能晶體研究與應用中心）博士生王順沖、王剛副研究員等與光學(xué)物理重點(diǎn)實(shí)驗室魏志義研究組（L07組）博士生詹敏杰等人合作，發(fā)現半絕緣4H碳化硅晶體在2.5-5.6μm中紅外波段具有高的透過(guò)率，重新測量了4H碳化硅晶體在中紅外波段的折射率，糾正了前人的錯誤報道，在新測折射率的基礎上確定了4H碳化硅的相位匹配條件。他們首次采用4H碳化硅晶體，通過(guò)對飛秒超連續光譜的差頻，獲得了波長(cháng)覆蓋3.9-5.6μm的寬譜中紅外激光輸出，圖1為實(shí)驗光路示意圖，圖2為產(chǎn)生的中紅外光譜。在430mW的泵浦光下，獲得了平均功率為0.2mW、最強輸出波長(cháng)為5.45μm的中紅外超短脈沖激光。他們還利用整形后的泵浦光，通過(guò)調整晶體的相位匹配角（76-89°），實(shí)現了在3.92-4.28μm以及4.87-5.25μm波長(cháng)范圍內的可調諧中紅外激光輸出。由于4H碳化硅可以獲得高質(zhì)量的大尺寸晶體，并具有高的損傷閾值和較大的二階非線(xiàn)性光學(xué)系數，因此有望進(jìn)一步實(shí)現大功率的中紅外激光輸出。相關(guān)結果發(fā)表在近期出版的Laser&PhotonicsReviews雜志上。
　　
　　上述工作得到了國家自然科學(xué)基金委、科技部和中國科學(xué)院的支持。