近期，中國科學院合肥物質(zhì)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Er3+摻雜中紅外激光晶體研究方面再次取得一系列研究新進展：在一種抗輻射激光晶體上進一步實現(xiàn)了高功率、高重復頻率的2.79微米輸出；在另一種晶體上實現(xiàn)了2.71和2.73微米雙波長偏振激光輸出。相關(guān)研究結(jié)果已分別發(fā)表在Optics Letters、Optics Express 和Optical Materials 上。
2.7–3微米中紅外激光在生物醫(yī)學、科學研究和大氣探測等方面有著廣泛的應(yīng)用。特別是高峰值功率和高重復頻率的2.7–3微米激光，在光電對抗和非線性光學領(lǐng)域的應(yīng)用引起了廣泛關(guān)注。
在前期研究工作的基礎(chǔ)上，該課題組采用966nmLD側(cè)面泵浦方式，進一步研究了Er,Pr:GYSGG晶體的激光性能。在重復頻率為125赫茲、脈沖寬度200微秒條件下，實現(xiàn)了最大輸出功率8.86瓦、電光效率和斜效率分別為7.7%和14.8%的激光輸出。結(jié)果表明，通過摻入退激活離子Pr3+和LD側(cè)面泵浦，可獲得高性能的2.79 微米激光。
此外，該課題組還在Er:YAP晶體上實現(xiàn)了LD端面泵浦的2710和2728納米雙波長偏振激光輸出。通過不同尺寸Er:YAP晶體元件的熱模擬分析、激光性能和光束質(zhì)量的對比研究發(fā)現(xiàn)，適當?shù)某叽缬欣跍p小晶體的熱透鏡效應(yīng)、提高激光效率。
同時，他們還首次采用提拉法生長出了高光學質(zhì)量的Er,Pr:YAP晶體。研究發(fā)現(xiàn)，能級耦合離子Pr3+的摻入有利于降低激光閾值、提高激光效率。但Er3+和Pr3+離子的摻雜濃度仍需進一步優(yōu)化。
該研究得到國家自然科學基金和國家高技術(shù)項目等的資助。
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圖1 966nm LD側(cè)面泵浦Er,Pr:GYSGG晶體的示意圖
圖2 不同重復頻率與輸入功率下的激光輸出
圖3 Er,Pr:GYSGG晶體的光束質(zhì)量因子M2
圖4 Er:YAP晶體和970 nm LD泵浦裝置示意圖
圖5 不同尺寸與泵浦功率條件下的激光輸出功率 (a) 973 nm LD 連續(xù)模式下泵浦；(b) 962 nm LD 連續(xù)模式下泵浦
圖6 不同尺寸Er:YAP晶體的光束質(zhì)量因子M2 (a) 1×1×5 mm3; (b) 2×2×5 mm3; (c) 3×3×5 mm3
圖7 Er:YAP和Er,Pr:YAP晶體的熒光衰減曲線
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