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在發表于《Optics Express》的一項研究中，中國科學院西安光學精密機械研究所（XIOPM）付玉喜教授領導的研究團隊首次研制出室溫摻鈥氟化釔鋰（Ho:YLF）復合薄片激光器，可實現高效率、高質量的連續波激光輸出。

工作在 2μm 光譜范圍內的激光器因其對眼睛的安全性、水對其的高吸收率和低大氣衰減而備受推崇。傳統的 2μm 激光器通常需要低溫冷卻來控制熱效應，這增加了系統的復雜性和成本，并限制了其在緊湊型、空間受限和移動平臺中的應用。因此，開發高功率室溫 2μm 激光器已成為一個重要的研究方向。

表 1：2μm 區域薄片激光器概覽。資料來源：Bingying Lei, Liyi Zhang, Sen Yang 等人，《Near diffraction-limited in-band pumped Ho:YLF composite thin disk laser at 2 μm》，《Optics Express》（2025）。

在這項研究中，研究人員開發了一種基于 Ho:YLF 的新型復合薄片結構。通過將 2 at. % 摻雜的 Ho:YLF 晶體與未摻雜的 YLF 覆蓋層結合在一起，顯著提高了晶體的機械堅固性，同時有效抑制了自發輻射的放大效應，從而增強了激光輸出的穩定性。

圖 1：Ho:YLF 復合薄片晶體示意圖。(a) Ho:YLF 復合薄片的 3D 示意圖。(b) 焊接到 SiC 散熱器上的 Ho:YLF 復合薄片照片。(c) Ho:YLF 復合薄片沿泵浦光傳播方向的橫截面圖。資料來源：Bingying Lei, Liyi Zhang, Sen Yang 等人，《Near diffraction-limited in-band pumped Ho:YLF composite thin disk laser at 2 μm》，《Optics Express》（2025）。

此外，研究人員還優化了光學泵浦系統，采用了具有 12 個泵浦周期的多通道配置，并結合了高效的熱管理策略。這種方法不僅確保了高功率輸出，還最大限度地降低了熱透鏡效應，從而獲得了卓越的光束質量。

圖 2：Ho:YLF 薄片激光器示意圖。(a) 基于 12 路泵浦模塊的薄片激光器 3D 示意圖。(b) 實驗裝置圖，顯示帶有水冷散熱器的復合薄片激光頭。資料來源：Bingying Lei, Liyi Zhang, Sen Yang 等人，《Near diffraction-limited in-band pumped Ho:YLF composite thin disk laser at 2 μm》，《Optics Express》（2025）。

實驗結果表明，當激光器由直徑為 1.8mm 的 1940nm 摻銩光纖激光器泵浦時，峰值輸出功率達到 26.5W，光效率為 38.1%，斜率效率為 42.0%。光束質量幾乎達到衍射極限，功率穩定性的相對標準偏差僅為 0.35% 。

圖 3：室溫下 2 at.% 摻雜 Ho:YLF 晶體的吸收和發射截面。資料來源：Bingying Lei, Liyi Zhang, Sen Yang 等人，《Near diffraction-limited in-band pumped Ho:YLF composite thin disk laser at 2 μm》，《Optics Express》（2025）。

圖 4. 使用 3% 透射率 OC 測量的 Ho:YLF 薄片激光器輸出功率。資料來源：Bingying Lei, Liyi Zhang, Sen Yang 等人，《Near diffraction-limited in-band pumped Ho:YLF composite thin disk laser at 2 μm》，《Optics Express》（2025）。

圖 5：(a) 摻銩光纖激光器泵浦和 (b) CW 發射的室溫光譜。虛線表示 Ho:YLF 晶體的吸收截面和發射截面。每個光譜代表五次測量的平均值。資料來源：Bingying Lei, Liyi Zhang, Sen Yang 等人，《Near diffraction-limited in-band pumped Ho:YLF composite thin disk laser at 2 μm》，《Optics Express》（2025）。

圖 6：輸出光束質量。(a) 26W 輸出光束質量的 M² 測量。(b) 不同距離（L = -200mm、0mm、100mm 和300mm）下的光束輪廓。資料來源：Bingying Lei, Liyi Zhang, Sen Yang 等人，《Near diffraction-limited in-band pumped Ho:YLF composite thin disk laser at 2 μm》，《Optics Express》（2025）。

付教授說：“這項工作為開發結構緊湊、經濟高效的高功率 2μm 激光器鋪平了道路，該激光器有可能達到 100W 水平，推動超快激光科學的發展。它還為開發高功率和便攜式紅外激光系統提供了一種新方法。”