安徽光机所在2.8微米中红外激光晶体研究方面取得新进展

　　Er:SGGG双端泵浦激光结构示意图

　　近期，中科院安徽光机所孙敦陆研究员课题组在2.8μm(微米)中红外Er：SGGG晶体制备及激光性能研究方面取得一系列新进展，相关成果先后以《Er：SGGG晶体的结构、光谱与激光性能研究》《基于双端泵浦结构的Er：SGGG晶体热学与激光性能研究》《键合与泵浦结构对Er：SGGG在2.8 μm连续激光的影响》为题分别发表在光学领域国际知名期刊Optics　and　Laser　Technology(《光学与激光技术》)、Infrared　Physics　and　Technology(《红外物理与技术》)、Optics　Express(《光学快报》)上。

　　2.8μm波段的中红外激光因其位于水分子的吸收波段，在生物医疗、光学遥感及非线性光学等领域具有重要的应用价值。借助商业化的～970nm(纳米)激光器可将Er3+掺杂的晶体直接泵浦至激光上能级，并且基于4I11/2→4I13/2能级跃迁产生～2.8μm激光。在石榴石结构晶体中，SGGG的混晶特性有利于激活离子吸收和荧光光谱的非均匀展宽。基于此，研究团队采用提拉法首次成功制备了30at.%Er：SGGG晶体，其在～970nm左右的吸收带宽达19nm。通过～970nm左右的激光二极管(LD)单端面泵浦，在400赫兹重频，300微秒的条件下，Er：SGGG晶体实现了最大输出功率为404毫瓦的2.8μm脉冲激光输出，对应的斜效率为15.6%。

　　为了提升Er：SGGG激光晶体的连续激光功率以满足应用需求，团队设计了双端泵浦结构。采用该结构的Er：SGGG晶体实现了最大输出功率为450毫瓦的2.8μm连续激光输出，对应的斜效率为8.6%，光束质量因子为4.0/3.4。

　　为了进一步明确键合与泵浦结构对Er：SGGG的2.8μm连续激光性能的影响，研究团队制备了SGGG/Er：SGGG和SGGG/Er：SGGG/SGGG两种键合激光晶体。并对上述两种晶体进行了单端泵浦与双端泵浦激光实验，最终得出：键合端帽的方式可以优化Er：SGGG连续激光的光束质量，双端泵浦结构可以进一步缓解Er：SGGG晶体在连续激光模式下热应力的结论。其中，在SGGG/Er：SGGG的单端泵浦结构中，团队还实现了最大输出功率为520毫瓦的激光输出，对应的斜效率为10.4%。在SGGG/Er：SGGG/SGGG的单端泵浦结构中实现了1.06/1.11的最优光束质量因子。

　　综上所述，Er：SGGG是一种具有应用潜力的中红外激光增益介质，可为新一代中红外激光器的选择提供参考。

　　李泓沅博士研究生为论文第一作者，孙敦陆研究员为论文通讯作者。该研究工作得到了国家自然科学基金等项目的资助。