近期，安光所激光技術(shù)中心孫敦陸研究員課題組在高功率中紅外摻鉺固體激光器方面又取得了一系列研究進(jìn)展：采用摻鉺鋁酸釔(Er:YAP)晶體作為固體激光增益介質(zhì)，高功率半導(dǎo)體激光器（LD）陣列作為泵浦源，在自由運(yùn)轉(zhuǎn)和硅酸鎵鑭(LGS)電光調(diào)Q模式下實(shí)現(xiàn)了高功率、高效率的中紅外準(zhǔn)連續(xù)激光輸出。相關(guān)成果已發(fā)表在Optics Express: 2021, 29(14): 21655-21663和Optical Engineering: 2021, 60(6): 066112上。

圖1 LD側(cè)面泵浦Er(Pr):YAP的激光實(shí)驗(yàn)裝置圖

高峰值功率、高重復(fù)頻率的2.7~3 μm中紅外激光在激光外科手術(shù)和光參量振蕩器泵浦源等方面有著重要的應(yīng)用。

圖2 不同工作頻率和泵浦脈沖寬度條件下，LD側(cè)泵浦Er:YAP晶體的平均輸出功率與泵浦功率的關(guān)系

該課題組采用凹端面的Er:YAP晶體元件來補(bǔ)償激光運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的熱透鏡效應(yīng)，從而改善激光性能，并在250和1000 Hz的工作頻率下分別獲得了最大輸出功率為26.75和13.18 W的中紅外激光輸出。據(jù)知，1000 Hz是到目前為止在LD側(cè)面泵浦摻Er3+中紅外激光器中實(shí)現(xiàn)的最高工作頻率。

圖3 在相同占空比條件下，LD側(cè)面泵浦Er:YAP晶體的平均輸出功率隨泵浦功率的變化

此外，他們還研究了LD側(cè)面泵浦和電光調(diào)Q條件下，鉺鐠共摻鋁酸釔(Er,Pr:YAP)晶體的激光性能。在最高工作頻率為150 Hz時(shí)，獲得了單脈沖能量為20.5 mJ、脈沖寬度為61.4 ns、峰值功率為0.33 MW的調(diào)Q激光輸出。

圖4 Er,Pr:YAP晶體的調(diào)Q激光性能。

(a)單脈沖輸出能量(動(dòng)態(tài)和靜態(tài)模式)和泵浦能量隨工作頻率的變化;

(b)調(diào)Q激光脈沖寬度和峰值功率隨工作頻率的變化;

(c)工作頻率為150 Hz時(shí)，單脈沖輸出能量和脈沖寬度隨單脈沖泵浦能量的變化;

(d)工作頻率為150 Hz時(shí)，示波器上顯示的調(diào)Q脈沖波形圖

該研究得到國家自然科學(xué)基金、安徽省自然科學(xué)基金、安徽省先進(jìn)激光技術(shù)實(shí)驗(yàn)室青年基金等項(xiàng)目的資助。