新型晶體提高中紅外激光器的性能

中科院合肥物質科學研究院（HFIPS）孫敦陸研究員領導的研究小組采用Czchralski（Cz）方法成功合成了新型中紅外Ho,Pr:YAP和Er:YGGAG晶體，并通過熱鍵合技術提高了激光二極管（LD）側泵浦Er:YSGG晶體的連續(xù)波激光性能。研究成果發(fā)表在《光學快報》上。

2.7~3 μm 中紅外激光器位于水分子的強吸收波段，在生物醫(yī)學、光學遙感、非線性光學等領域具有廣泛的應用前景。

圖片:搜狗截圖20240531152712.png

利用 1150nm 拉曼激光對 Ho,Pr:YAP 晶體進行末端泵浦的實驗裝置示意圖。

在最近的一項研究中，科學家們找到了一種使激光器更強大、更高效的方法。通過調整激光材料中的成分，他們發(fā)現(xiàn)激光的性能可以得到改善。具體來說，他們增加了一種Ho³⁺ 離子成分的濃度，并添加了適量的另一種 Pr³⁺離子成分。

這一調整抑制了 “自終止效應”，從而提高了激光的運行效率。利用 Cz 方法，他們培育出了一種新型 Ho、Pr：YAP 晶體，可在 3 微米左右的范圍內發(fā)射激光。與老式的 Ho:YAP 激光器相比，這是一項重大改進，因為它開始工作所需的泵浦功率更低，輸出激光的效率更高。

此外，科學家們還發(fā)現(xiàn)，通過在 YAG 晶體中共同摻入適量的 Gd³⁺和Ga³⁺離子，晶體的無序性會增加，從而導致中紅外區(qū)域的寬發(fā)射。利用 Cz 方法生長出了一種新的 Er:YGGAG 晶體，從而實現(xiàn)了 2.8 微米左右的中紅外可調諧超短激光。

為了解決連續(xù)波激光輸出的限制，研究人員開發(fā)了一種熱鍵合技術。通過將未摻雜的 YSGG 晶體與另一塊 Er:YSGG 晶體的兩個端面粘合在一起，他們成功地降低了 “熱效應”。這使得激光性能大大提高，最大輸出功率達到 28.02 瓦。

這些研究人員為開發(fā)全固態(tài)中紅外激光器奠定了材料基礎，并為設計和開發(fā)新型高效中紅外激光器增益材料提供了參考。

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論文鏈接：https://dx.doi.org/10.1364/OE.517771