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近期，安光所激光技術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展：采用摻鉺鋁酸釔(Er:YAP)晶體作為固體激光增益介質，高功率半導體激光器（LD）陣列作為泵浦源，在自由運轉和硅酸鎵鑭(LGS)電光調Q模式下實現了高功率、高效率的中紅外準連續激光輸出。相關成果已發表在Optics Express: 2021, 29(14): 21655-21663和Optical Engineering: 2021, 60(6): 066112上。

圖1 LD側面泵浦Er(Pr):YAP的激光實驗裝置圖

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

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

該課題組采用凹端面的Er:YAP晶體元件來補償激光運轉過程中的熱透鏡效應，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。據知，1000 Hz是到目前為止在LD側面泵浦摻Er3+中紅外激光器中實現的最高工作頻率。

圖3 在相同占空比條件下，LD側面泵浦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側面泵浦和電光調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，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Q激光輸出。

圖4 Er,Pr:YAP晶體的調Q激光性能。

(a)單脈沖輸出能量(動態和靜態模式)和泵浦能量隨工作頻率的變化;

(b)調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，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，示波器上顯示的調Q脈沖波形圖

該研究得到國家自然科學基金、安徽省自然科學基金、安徽省先進激光技術實驗室青年基金等項目的資助。