傳統(tǒng)半導(dǎo)體泵浦固體激光器中產(chǎn)生的熱透鏡效應(yīng)導(dǎo)致激光光束質(zhì)量下降，限制功率輸出。微片激光介質(zhì)通常厚度為100-300μm，在均勻泵浦和冷卻的情況下，介質(zhì)熱流近似為垂直于薄片表面一維傳導(dǎo)，最大限度地減小熱透鏡效應(yīng)帶來的熱畸變影響。微片激光器可輸出高光束質(zhì)量（TEM00高斯模）和單色性好（單縱模，線寬小于5kHz）激光，在通訊、測量、醫(yī)療、工業(yè)加工、科研及軍事應(yīng)用等領(lǐng)域有非常重要的應(yīng)用。
中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所人工晶體中心激光與光學(xué)晶體課題組副研究員鄭麗和、徐曉東和蘇良碧以及研究員徐軍，提出“強場耦合Yb3+離子準(zhǔn)四能級系統(tǒng)”的新概念——利用強場耦合作用增加Yb3+離子的能級劈裂，降低激光下能級的熱布居比例，實現(xiàn)Yb3+離子準(zhǔn)四能級激光運轉(zhuǎn)。在正、偏硅酸鹽系列晶體中篩選出具有最高熱導(dǎo)率（7.5Wm-1K-1）和唯一具有負(fù)折射率溫度系數(shù)（dn/dT=-6.3´10-6K-1）的Yb:Sc2SiO5（簡稱Yb:SSO）晶體，其基態(tài)能級分裂達(dá)1027cm-1，并采用提拉法生長出Φ25mm×52mm口徑的晶體。
該課題組與上海光機所研究員梁曉燕、山東師范大學(xué)教授劉杰、新加坡南洋理工教授D.Y.Tang和德國Stuttgart大學(xué)教授T.Graf合作，繼首次實現(xiàn)該晶體激光輸出和超快激光輸出[Appl. Phys. B 91 (2008)443、Optics Express 18 (2010) 16739]后，采用厚度為140μm和150μm的Yb:SSO微片，先后實現(xiàn)75W（M2<1.1） 和280W高光束質(zhì)量、高功率連續(xù)激光輸出[Optics Letters. 37 (2012) 37]，298fs、平均功率達(dá)27.6W（M2<1.1）的鎖模超快激光輸出[Optics Letters 37 (2012) 4750]。最近，又在該晶體中實現(xiàn)了73fs鎖模超快激光輸出[Optics Communications 294 (2013) 237]。
以上工作得到了國家自然科學(xué)基金重點項目和面上項目、上海市基礎(chǔ)研究重點項目、中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所科技創(chuàng)新項目等資助和支持。
280W高光束質(zhì)量、高功率連續(xù)激光輸出
298fs、平均功率達(dá)27.6W的鎖模超快激光輸出
71fs鎖模超快激光輸出
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