新型三價鉺摻雜中紅外激光晶體及2.7微米激光調Q獲進展

　　近日，中國科學院合肥物質科學研究院安徽光學精密機械研究所研究員孫敦陸課題組在探索新型三價鉺（Er3+）摻雜中紅外激光晶體及2.7微米激光調Q等方面取得一系列進展：采用提拉法生長了高濃度Er3+摻雜镥鈧鎵石榴石激光晶體，并實現了較高光束質量的2.79微米激光輸出；采用LGS晶體作為調Q晶體，在氙燈泵浦Er,Pr:YAP晶體中成功實現了兆瓦級的電光調Q激光輸出，相關研究結果已分別發表在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吸收帶，在生物醫學、科學研究、激光遙感和大氣探測等方面有著廣泛的應用，尤其是高峰值功率和高光束質量的2.7-3微米激光在外科手術、光電對抗和光參量振蕩中具有重要的應用。

　　采用973納米LD端面泵浦的Er:LuSGG激光晶體，基于較大的晶格場強和較低的聲子散射速率，目前實現了最大輸出能量為789毫瓦、斜效率為24.4%和光光轉化效率為20.2%的2795納米連續基橫模激光輸出，對應的光束質量為Mx2/My2=1.30/1.33。通過優化諧振腔結構（輸出鏡透過率、腔長和腔鏡曲率等）和使用更接近966納米波長的泵浦源等方法有望進一步提升激光的最大輸出能量和斜效率。

　　另外，安徽光機所科研團隊在前期對Er摻雜YAP晶體的光譜及激光性能的研究基礎上，進一步研究了氙燈泵浦Er,Pr:YAP晶體在自由運轉和電光調Q模式下的激光性能。在自由運轉模式中，5赫茲重復頻率下，獲得了最大單脈沖能量346毫焦的2.71和2.73微米雙波長激光輸出；在調Q模式中，5赫茲重復頻率下，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，對應的峰值功率達1.59兆瓦。

　　該研究得到國家自然科學基金、替代專項及重點研發計劃等的資助。

圖1 973納米LD端面泵浦Er:LuSGG晶體激光實驗示意圖

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Q固體激光器的實驗裝置示意圖

圖4 氙燈泵浦Er,Pr:YAP晶體電光調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Q脈沖波形圖