近日，中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院安徽光學(xué)精密機(jī)械研究所研究員孫敦陸課題組在探索新型三價(jià)鉺（Er3+）摻雜中紅外激光晶體及2.7微米激光調(diào)Q等方面取得一系列進(jìn)展：采用提拉法生長(zhǎng)了高濃度Er3+摻雜镥鈧鎵石榴石激光晶體，并實(shí)現(xiàn)了較高光束質(zhì)量的2.79微米激光輸出；采用LGS晶體作為調(diào)Q晶體，在氙燈泵浦Er,Pr:YAP晶體中成功實(shí)現(xiàn)了兆瓦級(jí)的電光調(diào)Q激光輸出，相關(guān)研究結(jié)果已分別發(fā)表在Optics Express 和OSA Continuum 期刊上。

2.7-3微米波段的中紅外激光處于水的強(qiáng)吸收帶，在生物醫(yī)學(xué)、科學(xué)研究、激光遙感和大氣探測(cè)等方面有著廣泛的應(yīng)用，尤其是高峰值功率和高光束質(zhì)量的2.7-3微米激光在外科手術(shù)、光電對(duì)抗和光參量振蕩中具有重要的應(yīng)用。

采用973納米LD端面泵浦的Er:LuSGG激光晶體，基于較大的晶格場(chǎng)強(qiáng)和較低的聲子散射速率，目前實(shí)現(xiàn)了最大輸出能量為789毫瓦、斜效率為24.4%和光光轉(zhuǎn)化效率為20.2%的2795納米連續(xù)基橫模激光輸出，對(duì)應(yīng)的光束質(zhì)量為Mx2/My2=1.30/1.33。通過(guò)優(yōu)化諧振腔結(jié)構(gòu)（輸出鏡透過(guò)率、腔長(zhǎng)和腔鏡曲率等）和使用更接近966納米波長(zhǎng)的泵浦源等方法有望進(jìn)一步提升激光的最大輸出能量和斜效率。

另外，安徽光機(jī)所科研團(tuán)隊(duì)在前期對(duì)Er摻雜YAP晶體的光譜及激光性能的研究基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研究了氙燈泵浦Er,Pr:YAP晶體在自由運(yùn)轉(zhuǎn)和電光調(diào)Q模式下的激光性能。在自由運(yùn)轉(zhuǎn)模式中，5赫茲重復(fù)頻率下，獲得了最大單脈沖能量346毫焦的2.71和2.73微米雙波長(zhǎng)激光輸出；在調(diào)Q模式中，5赫茲重復(fù)頻率下，獲得了最大單脈沖能量63.4毫焦、脈沖寬度40納秒的激光輸出，對(duì)應(yīng)的峰值功率達(dá)1.59兆瓦。

該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金、替代專(zhuān)項(xiàng)及重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等的資助。

圖1 973納米LD端面泵浦Er:LuSGG晶體激光實(shí)驗(yàn)示意圖

圖2 973納米LD端面泵浦Er:LuSGG晶體(a) 隨泵浦能量增加的連續(xù)激光輸出功率；(b)最大輸出能量下的激光光譜與光斑

圖3 氙燈泵浦Er,Pr:YAP晶體電光調(diào)Q固體激光器的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖

圖4 氙燈泵浦Er,Pr:YAP晶體電光調(diào)Q固體激光器。(a)輸出能量和脈沖寬度隨泵浦能量的變化曲線；(b)最大單脈沖輸出能量條件下的調(diào)Q脈沖波形圖

來(lái)源： 合肥物質(zhì)科學(xué)研究院