安徽光机所利用新型晶体提高了中红外激光器的性能

MEMS 2024-06-11 00:00

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中国科学院合肥物质科学研究院（HFIPS）安徽光机所孙敦陆研究员领导的研究团队采用 Czchralski（Cz）方法成功合成了新型中红外 Ho,Pr:YAP 和 Er:YGGAG 晶体，并通过热键合技术提高了激光二极管（LD）侧泵 Er:YSGG 晶体的连续激光器性能。相关研究成果发表在Optics Express期刊上。

图1 978 nm LD侧泵YSGG/Er:YSGG/YSGG激光器示意图

2.7~3 μm中红外激光器位于水分子的强吸收波段，在生物医学、光学遥感和非线性光学等领域具有广泛的应用前景。在最近的一项研究中，研究人员找到了一种使激光器更强、更高效的方法。通过调整激光材料中的成分，他们发现激光的性能可以得到改善。具体来说，是增加了一种Ho³⁺离子成分的浓度，并添加了适量的另一种Pr³⁺ 离子成分。

这种调整有助于抑制 "自终止效应"，从而提高激光的运行效率。利用Cz 方法，研究人员培育出了一种新型的Ho,Pr:YAP晶体，可在3 μm左右发射激光。与老式的Ho:YAP激光器相比，这是一项重大改进，因为它开始工作所需的泵浦功率更低，输出激光的效率更高。

此外，研究人员还发现，通过将适量的Gd³⁺和Ga³⁺离子共掺杂到YAG晶体中，晶体的无序性会增加，从而导致中红外区域的宽发射。利用Cz方法生长出了一种新的Er:YGGAG晶体，从而实现了2.8 μm的中红外可调谐超短激光。

为了解决连续激光输出的限制，研究人员还开发了一种热键合技术。通过将未掺杂的YSGG晶体与另一块Er:YSGG晶体的两个端面粘合在一起，成功地降低了"热效应"。这使得激光性能大大提高，最大输出功率达到28.02 W。