華東師大在寬帶長波紅外光源方面取得進展，助力分子指紋光譜應用

MEMS 2026-02-17 07:00

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長波紅外（LWIR）波段被稱為“分子指紋譜”（6.7–20 μm），對應于大量復雜大分子（如蛋白質、核酸、多糖等生物大分子，以及聚合物、藥物分子和有機化合物）的骨架振動、變形振動以及振轉能級的基頻帶。相比于近紅外波段，其吸收截面大三個數量級左右，因此，長波紅外光譜可以對復雜的分子或混合物進行精確鑒別和結構分析，被廣泛應用于物質分析、環境監測、生物化學以及醫學等領域。

據麥姆斯咨詢報道，近日，華東師范大學的研究團隊以光參量振蕩器作為橋梁，基于摻鐿光纖激光器和高效晶體（ZGP/GaSe）的差頻效應實現了平均功率13 mW、5.7-11.0 μm的寬帶長波紅外光源，其調諧范圍可達4.6-11.0 μm。這項研究通過光參量振蕩器作為橋梁，同時發揮了摻鐿光纖激光器的功率放大優勢以及高效率晶體的寬帶差頻特性，從而實現寬帶長波紅外光源。相關研究成果以“Broadband LWIR generation based on a Yb-doped fiber laser”為題發表在Photonics Research期刊上。

研究團隊提供了一種寬帶長波紅外光源的產生方案，該長波紅外光產生實驗裝置主要由兩部分組成，具體如圖1所示：（1）由摻鐿光纖激光器泵浦的單諧振光參量振蕩器（OPO）系統，（2）采用ZGP或GaSe的差頻產生（DFG）部分。

圖1 長波紅外光源實驗裝置示意圖和原理圖

研究人員測量了聚苯乙烯環中C=C伸縮振動引起的吸收峰，展示了有機化合物的吸收光譜。非線性頻率轉換是實現長波紅外光源最主要的途徑，通常由常見波長范圍（1 μm 、1.5 μm 、2 μm ）的激光驅動。其中，超快鐿摻雜光纖飛秒激光器因其優越的功率放大能力而備受青睞。然而，由1 μm光源高效地泵浦產生寬帶長波紅外激光是具有挑戰性的。許多其他非氧化物非線性晶體（如ZGP、CdSe、AgGaS?）雖具有高非線性系數，但在1 μm處帶隙窄且損傷閾值低，不適合利用1 μm脈沖泵浦激發。這項研究通過光參量振蕩器作為橋梁，同時發揮了摻鐿光纖激光器的功率放大優勢以及高效率晶體的寬帶差頻特性。