中科院空天院實(shí)現(xiàn)全固態(tài)光泵浦的高氣壓CO2激光放大器

近日，中國(guó)科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院（空天院）激光工程技術(shù)研究中心的長(zhǎng)波激光技術(shù)團(tuán)隊(duì)在全固態(tài)光泵浦的高氣壓CO2激光放大器研制方面取得新進(jìn)展。

高氣壓CO2放大器具有長(zhǎng)波紅外波段連續(xù)、寬增益譜放大的技術(shù)特征，是飛秒脈沖長(zhǎng)波紅外激光功率/能量放大、連續(xù)調(diào)諧窄帶長(zhǎng)波激光功率放大的關(guān)鍵器件，在強(qiáng)場(chǎng)激光物理（如激光尾流場(chǎng)加速、激光誘導(dǎo)等離子體極紫外光產(chǎn)生等）領(lǐng)域具有重要應(yīng)用。

圖片:W020241127382238489542.png

圖1.裝置示意圖及能級(jí)圖

傳統(tǒng)高氣壓CO2放大器采用直流電激勵(lì)，通常需要數(shù)萬伏的高壓脈沖以實(shí)現(xiàn)高氣壓輝光放電，重復(fù)頻率通常在20Hz以下，影響等離子體產(chǎn)生的效率。全固態(tài)光泵浦高氣壓CO2放大器擺脫了氣體放電所需的數(shù)萬伏高壓，具有結(jié)構(gòu)緊湊、工作氣壓高的特點(diǎn)，同時(shí)重復(fù)頻率也有望達(dá)到kHz級(jí)別，是目前強(qiáng)場(chǎng)激光物理中激光光源的重要發(fā)展方向之一。

基于此，空天院研究團(tuán)隊(duì)研制出國(guó)內(nèi)首個(gè)全固態(tài)光泵浦高氣壓CO2放大器，同時(shí)將光泵浦高氣壓CO2激光的最高重復(fù)頻率記錄由20Hz提高至100Hz。

研究團(tuán)隊(duì)采用中心波長(zhǎng)2.75μm、脈沖寬度22.1ns、重復(fù)頻率100Hz的ZGP-OPO激光光束泵浦100mm長(zhǎng)的CO2氣室，研究全固態(tài)光泵浦過程中的CO2激光放大特性，獲得了1.17%cm-1@10.28μm的小信號(hào)增益系數(shù)，最高工作氣壓8.0atm，表明該放大器具有良好的長(zhǎng)波激光增益放大特性。研究團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)高功率密度泵浦下長(zhǎng)波激光的雙光子調(diào)制現(xiàn)象，揭示了光泵浦高氣壓CO2激光的能級(jí)躍遷動(dòng)力學(xué)過程。

圖片:W020241127382238816816.png

圖2.長(zhǎng)波紅外光的調(diào)制波形隨泵浦光和氣室氣壓的變化關(guān)系

圖片:W020241127382239068869.png

圖3.不同氣室氣壓下的長(zhǎng)波紅外光（@10.28μm）放大情況

該項(xiàng)成果“Fast modulation of a long-wave infrared laser based on the two-photon absorption of CO2”發(fā)表于Nature Index自然指數(shù)收錄期刊《Applied Physics Letter》。第一作者是空天院碩士研究生謝貞貞，通信作者是空天院副研究員李志永。該成果得到了中國(guó)科學(xué)院前瞻戰(zhàn)略科技先導(dǎo)專項(xiàng)和中國(guó)科學(xué)院儀器設(shè)備研制項(xiàng)目的資助。

論文鏈接：https://doi.org/10.1063/5.0242976