在高重频及大能量混合腔Innoslab构型激光器领域取得研究进展

干涉实验装置图

近日，中国科学院合肥物质院安光所张天舒研究员团队，在高能量激光器核心组件研发领域取得突破，成功开发出基于大尺寸板条状β-BBO晶体的低应力电光开关，并将其成功应用于Nd:YAG混合腔Innoslab激光器系统，实现了两种泵浦模式下的高性能脉冲激光输出。相关成果以“基于板状BBO普克尔盒的近衍射极限、高能量、电光调Q的Nd:YAG Innoslab激光器”为题，发表于OSA旗下期刊Optics Express。

高能量、高重频、窄脉冲宽度且具备近衍射极限光束质量的纳秒激光器，在材料加工、非线性频率转换、大气激光雷达等诸多领域具有不可替代的应用价值。为解决高能量激光系统中开关调制一致性与稳定性难题，团队创新采用先进低应力封装技术，并通过精准优化电场均匀性，最终实现整个开关孔径内光场调制的高度一致性。经过系统测试，该电光开关在消光比、腔外调制特性等关键指标，以及偏光干涉图样等测试结果上均表现优异，为后续高能量激光系统的稳定运行筑牢了核心部件根基。

在核心部件突破的基础上，团队将电光开关成功应用于自主研发的Nd:YAG混合腔激光器系统，实现了两种泵浦模式下的高性能输出：在连续泵浦模式下，激光器稳定实现37.54 W输出功率、2 kHz重复频率及6.5 ns脉冲宽度;切换至脉冲泵浦模式后，激光器成功输出21.3 mJ单脉冲能量，重复频率达100 Hz，脉冲宽度为7.77 ns。两种泵浦模式下的激光输出均展现出近衍射极限的光束质量，标志着该激光器系统在核心指标上达到行业领先水平。

测试结果

除核心部件与系统应用外，团队在Innoslab激光器设计上亦取得重要创新。通过采用稳定-不稳定混合腔配置，结合线形泵浦光束与板条型激光晶体、Q开关的优化匹配，成功实现大模式体积设计，有效克服了激光器运行中的热效应难题，为高能量输出与优异光束质量的兼顾提供了关键解决方案。同时，团队针对光束匀化及快速电光调制系统开展深入研究，探索出成体系的高功率激光二极管叠阵光束整形及精密电控技术方案，进一步增强高功率激光器系统紧凑性。本研究中的电光开关除了可应用于振荡器腔内调Q，还可作为再生放大器中的脉冲选择器，也可进一步拓展至偏振激光雷达、光量子计算等前沿领域。

该成果不仅为高能量、高重频激光器的研发提供了技术路径，也将为我国未来星载激光雷达等重大任务的实现奠定技术基础，助力相关产业的技术创新与升级。

博士生陈金信为论文第一作者，张天舒研究员与孙新会助理研究员为论文共同通讯作者。