近日，中科院合肥物質科學研究院健康所醫用激光技術實驗室江海河研究員課題組與中電科集團合作，在中紅外波段聲光調Q技術研究方面取得重要進展：首次實現了鈮酸鋰 (LiNbO3) 晶體聲光開關及其在2.79 μm Er,Cr:YSGG激光器中的高效率調Q輸出。相關成果已在國際光學期刊Optics Letters上發表。
聲光調制器作為調Q開關廣泛的應用于激光器來獲得高重頻、窄脈寬激光輸出。雖然3 μm波段的幾種聲光Q開關已取得初步成果，但其中聲光介質和換能器通常是不同的材料，這對器件的制作工藝提出了較高的要求，也增加了超聲傳播過程中的能量損失。因此，用聲光介質和換能器相同的材料制作的性能優良、制作工藝簡單的調制器是必要的。
鈮酸鋰晶體是一種傳統的多功能晶體。近年來，極低光學損耗、光電功能豐富的鈮酸鋰薄膜光子學器件得到了迅速發展，鈮酸鋰有望在集成光子學領域替代硅材料，為突破通信領域功耗大、速度慢的瓶頸性問題提供解決方案。自1937年發現鈮酸鋰晶體以來，雖然它具有良好的聲光特性，長期以來都被作為換能器材料，但是一直未能實現塊狀晶體的激光聲光調Q開關。本研究實現了聲光介質和換能器同質和一體化，即能簡化制作工藝，降低輔助成本，也能降低超聲能量的損失，使得鈮酸鋰聲光Q開關的衍射效率達到57% (圖1)，且鈮酸鋰晶體具有較高的抗損傷閾值(>200 MW/cm2)。
圖1. 鈮酸鋰聲光Q開關的衍射效率隨驅動功率的變化曲線
自主研制的2.79 μm Er,Cr:YSGG聲光調Q激光器驗證了所設計的鈮酸鋰聲光Q開關具有良好的聲光調Q性能 (圖2)，在50 Hz的高重復頻率下得到了脈沖能量為17.6 mJ、脈沖寬度為55.2 ns、峰值功率為319 kW的激光輸出，研制的Er,Cr:YSGG 鈮酸鋰聲光調Q激光器能夠實現穩定的、高峰值功率的激光輸出。
圖2. PRF=50 Hz時，脈沖能量、脈沖寬度隨泵浦能量的變化曲線
本研究表明，鈮酸鋰晶體具有較高的衍射效率、較高的抗損傷閾值和良好的聲光調Q性能，是3-5μm中紅外波段高功率激光器的新型聲光開關。同時，本研究為探索同質材料直接鍵合成為一體化聲光器件的可能性邁進了一步。
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