新型晶体提高中红外激光器的性能

近年来，2.7-3µm中红外激光器的发展引起了广泛关注，因为它属于水的吸收波段，从而在医疗手术、遥感大气和污染监测等方面得到了重要而广泛的应用。此外，2.7-3µm激光还可用于非线性光学，通过非线性频率转换产生3-5µm和8-14µm激光。

近日，中国科学院合肥物质科学研究院的研究小组采用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侧泵浦Er:YSGG晶体的连续波激光性能。他们将研究成果发表在《光学快报》上。

2.7~3µm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，科学家们找到了一种使激光器更强大、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，他们增加了一种Ho3+离子成分的浓度，并添加了适量的另一种Pr3+离子成分。

利用1150nm拉曼激光对Ho,Pr:YAP晶体进行末端泵浦的实验装置示意图

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，他们培育出了一种新型的Ho,Pr:YAP晶体，可在3微米左右发射激光。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，科学家们还发现，通过在YAG晶体中共同掺入适量Gd3+和Ga3+离子，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2.8µm左右的中红外可调谐超短激光。

978nm LD侧泵浦YSGG/Er:YSGG/YSGG激光器示意图

为了解决连续波激光输出的局限性，研究人员开发了一种热键合技术。通过将未掺杂的YSGG晶体粘合到另一块Er:YSGG晶体的两个端面上，他们成功地降低了“热效应”。这使得激光性能大大提高，最大输出功率达到28.02W。

研究人员通过此项研究，展示了一种978nm LD侧泵浦YSGG/Er:YSGG/YSGG激光器。通过优化谐振腔的长度和输出镜的透射率，对应的斜率效率为17.55%。同时，还确定了热焦距，并研究了激光光谱和光束质量。该项研究为开发全固态中红外激光器奠定了材料基础，并为设计和开发新型高效中红外激光器增益材料提供了参考。