介绍：
本文对掺铬硫化锌(Cr:ZnS)、掺铬硒化锌(Cr:ZnSe)和掺铁硒化锌(Fe:ZnSe)三种激光晶体进行了比较研究。我们的目标是阐明它们的特性、相似点、差异、发射波长的可调性、输出功率以及它们在中红外应用中的潜在用途。通过彻底分析它们各自的优点和缺点，我们渴望找到最有效的中红外激光技术材料。
第一节 激光晶体简介
1.1 Cr：ZnS简介
铬掺杂硫化锌 (Cr: ZnS) 是一种有效的中红外激光晶体。由于其宽带隙性质，它表现出从 1.9 至 3.6 µm 的超宽增益谱。Cr:ZnS 以其优异的导热性、广泛的可调性和高输出功率而闻名。这些属性使其成为高效增益介质，非常适合环境传感和医疗诊断等各种应用，特别是在以高功率和广泛的可调性为先决条件的情况下。
1.2 Cr：ZnSe简介
掺铬硒化锌 (Cr: ZnSe) 是一种主动中红外激光晶体，能够在 2-3 µm 区域产生激光。Cr:ZnSe 具有高量子效率和卓越的晶体质量，还拥有宽广的调谐范围和显着的输出功率。尽管由于能隙较小，其工作范围比 Cr: ZnS 稍窄，但 Cr: ZnSe 仍然是各种应用的强大选择。其高性能和晶体质量使其在极端功率并不重要但广泛的可调性和晶体质量至关重要的情况下特别有价值。
1.3Fe：ZnSe简介
掺铁硒化锌 (Fe: ZnSe) 是一种创新激光晶体，其独特之处在于其中红外可调谐激光发射范围为 3.5 至 5 µm。尽管与 Cr: ZnS 和 Cr: ZnSe 相比，其量子效率相对较低，但 Fe: ZnSe 更宽的发射范围使其与众不同。这种广泛的操作范围可满足各种应用的需求，使其特别适合需要广泛可调范围的任务，例如检测发射光谱内吸收线的气体，即使其输出功率略低。
第二节 代表性特征比较
2.1 发射波长
相似之处：
Cr: ZnS、Cr: ZnSe 和 Fe: ZnSe 都是在中红外区域发射光的激光晶体，这使得它们非常适合从医疗诊断到环境传感的各种应用。它们在该区域内共同发射的能力是一个重要特征，因为中红外光为众多应用提供了明显的优势，特别是与光谱学和传感相关的应用。
差异：
然而，这些晶体的确切发射波长显示出明显的差异。Cr: ZnS 具有 1.9 至 3.6 µm 的超宽增益谱，该范围主要由 ZnS 主体的宽带隙性质决定。这种宽带隙允许的能态有助于其宽发射光谱。
相反，Cr:ZnSe 的工作范围稍窄，在 2 至 3 µm 范围内发射激光。与 ZnS 相比，这种范围稍微受限的原因是 ZnSe 固有的能隙更小，这限制了可用的能态，从而限制了发射光谱。
相比之下，Fe:ZnSe 提供三者中最宽的中红外发射范围，从 3.5 µm 延伸到 5 µm。这种更宽的光谱是铁作为掺杂剂的独特性质和晶体较低的量子效率的结果。尽管效率较低，但更宽的发射光谱使 Fe:ZnSe 在特定应用中具有明显的优势，特别是那些需要广泛工作范围的应用。
2.2可调性
相似之处
Cr: ZnS、Cr: ZnSe 和 Fe: ZnSe 都表现出可调谐性的基本特征，这意味着它们可以在给定范围内调整其发射波长。这一特性使得这些激光晶体能够根据特定要求进行定制，从而提供灵活性来满足从传感到医疗诊断等各种应用的不同需求。
差异
然而，这种可调性的程度在三种晶体之间存在差异。Cr:ZnS 由于其宽带隙而具有极其广泛的可调性，允许多种过渡态和较大的发射波长范围。这种广泛的可调性使其适用于各种应用，特别是那些需要覆盖宽光谱范围的应用。
相比之下，Cr:ZnSe 的可调范围稍窄。与 ZnS 相比，ZnSe 的带隙较小，限制了其可用的能量过渡态，从而限制了其与 Cr: ZnS 相比的可调性。尽管如此，它的可调性仍然令人印象深刻并且非常适合许多应用。
Fe: ZnSe 在三者中具有最广泛的可调性，范围从 3.5 到 5 µm。这种宽可调性源于其宽带隙和铁作为掺杂剂的独特性质。尽管其量子效率相对低于其他两种晶体，但其巨大的可调范围使其特别适合需要广泛操作范围的应用，例如遥感和某些光谱应用。
2.3输出功率
相似之处
在考虑输出功率时，Cr:ZnS、Cr:ZnSe 和 Fe:ZnSe 均提供高输出功率，证明了它们产生强激光发射的能力。这些晶体拥有的强大输出功率对于需要高功率激光源的某些应用至关重要，例如工业材料加工或高分辨率光谱学。
差异
不过，三者在输出功率方面存在着显着差异。Cr: ZnS 具有最高的输出功率。其广泛的可调性和宽的能隙，加上卓越的导热性，使该晶体能够保持高输出功率，使其非常适合需要在宽光谱范围内强烈激光发射的应用。
Cr: ZnSe 虽然也提供高输出功率，但其功率稍弱于 Cr: ZnS。这主要是由于其能隙较小，从而导致可用能态数量减少，从而导致输出功率较低。尽管如此，其高量子效率有助于平衡这一点，维持其整体性能并仍然使其对许多应用有效。
最后，Fe: ZnSe 虽然具有最广泛的可调性，但与 Cr: ZnS 和 Cr: ZnSe 相比，输出功率略低。较低的功率输出可归因于其较低的量子效率。尽管如此，其卓越的可调性可以弥补其在宽工作范围至关重要的应用中较低的功率，从而巩固其在特定应用中的作用。
第三节中红外应用的异同
中红外应用的相似之处
Cr: ZnS、Cr: ZnSe 和 Fe: ZnSe 都在中红外应用中发挥着至关重要的作用，因为它们都具有在该波长范围内发光的共同能力。它们在环境传感、医疗诊断和材料加工等广泛应用中至关重要。它们对于光谱应用特别有效，其中利用中红外光根据其独特的吸收光谱来识别和测量不同的物质。此外，这些晶体的可调谐性允许用户调整发射波长，从而为每个应用提供量身定制的方法，并在单个设置中促进各种任务。
中红外应用的差异
尽管 Cr: ZnS、Cr: ZnSe 和 Fe: ZnSe 在中红外范围内具有相同的功能，但它们在不同的应用场景中表现出独特的效用，这主要是由于它们的发射波长、可调谐性和输出功率的特性。
Cr: ZnS 以其超宽的可调性和高输出功率而脱颖而出。其发射光谱范围广泛，使其能够用于需要宽工作波长的应用，例如宽带光谱和自由空间通信。此外，其高输出功率使其非常适合需要高功率激光发射的工业应用，例如激光加工和材料加工。
相比之下，Cr:ZnSe 具有较窄的发射波长范围和较低的输出功率，在可能不需要最广泛的可调性或最高功率但需要高效性能和晶体质量之间的平衡的应用中找到了自己的利基。例如，它的使用非常适合医疗诊断（激光源的精度和可靠性至关重要）或化学传感（其光谱范围与许多分子吸收线一致）。
Fe: ZnSe 以其长波长发射而著称，可达 5 µm。这一功能与其广泛的可调性相结合，使其特别适合于扩展工作范围比高功率更重要的任务。其宽广的发射光谱使其在遥感等应用中表现出色，尤其是在检测光谱内具有吸收线的物质方面。此外，它还可用于与气候变化相关的专门光谱应用和研究，其中广泛的可调性可以揭示有关大气气体的关键信息。
结论：
总之，Cr:ZnS、Cr:ZnSe 和 Fe:ZnSe 作为中红外激光晶体，由于其独特的发射波长、可调谐性和输出功率，在各种应用中发挥着重要作用。虽然它们具有在中红外范围内发射的共同属性，但具体的操作特性各不相同，使得每种晶体更适合某些应用。Cr: ZnS 在需要高功率和广泛可调性的场景中表现出色，Cr: ZnSe 是需要平衡和晶体质量的理想选择，而 Fe: ZnSe 是需要扩展工作范围的应用的首选。这些激光晶体凭借各自的优势和特点，不断推动从工业加工到环境传感和医疗诊断等领域的技术进步。
参考：
[1]Evgeni Sorokin,NA Tolstik,KI Schaffers,Irina T. Sorokina飞秒芝麻锁模Cr:ZnS激光器[J].2012.12
常见问题解答：
- 1. 什么是Cr:ZnS？
- Cr: ZnS（铬掺杂硫化锌）是一种用于激光器的晶体，因为它在中红外波长范围内具有广泛的发射能力。
- 2. 什么是Cr:ZnSe？
- Cr: ZnSe（掺铬硒化锌）是一种发射中红外光谱光的激光晶体，可用于各种应用。
- 3.什么是Fe:ZnSe？
- Fe: ZnSe（铁掺杂硒化锌）是一种激光晶体，以其在中红外光谱中的宽发射范围而闻名。
- 4. 他们表现出优越性的特征是什么？
- Cr: ZnS 在需要高功率和广泛可调性的场景中表现出色，Cr: ZnSe 是需要平衡和晶体质量的理想选择，而 Fe: ZnSe 是需要扩展工作范围的应用的首选。
- 5. 中红外应用如何选择？
- 在为中红外应用选择晶体时，应考虑发射波长范围、可调谐性、输出功率和特定应用要求等因素。每种晶体（Cr: ZnS、Cr: ZnSe 和 Fe: ZnSe）都有其优点和特性，因此选择最合适的晶体取决于所需的发射范围、可调性要求、功率需求以及当前应用的具体要求。
跟本文相关的视频
跟本文相关的产品
跟本文相关的产品