單端泵浦雷射器光光轉換效率達53.8%

記者從中科院合肥研究院了解到，該院健康所醫用雷射技術實驗室江海河課題組與安光所晶體材料實驗室張慶禮課題組合作，提出了平滑泵浦光場和溫度場均勻化的設計方案，大大提高了雷射轉換效率，為後續高品質雷射器批量制造和定标放大奠定了重要基礎。相關成果發表日前在國際光學著名期刊《光子學研究》上。

全固态端泵技術是獲得緊湊、高效、高品質雷射器的重要方法之一。然而，在高重複頻率泵浦下，增益媒體中的嚴重雷射熱效應已成為阻礙輸出功率增強和降低光束品質的主要因素，是雷射界長期難以攻克的瓶頸，特别是在LD單端泵浦的雷射器中尤為突出，其關鍵問題在于高濃度均勻摻雜晶體時，泵浦光被初始端高濃度摻雜離子的強烈吸收，其強度迅速降低，造成了晶體棒軸向泵浦和溫度分布極為不均勻，難以産生性能優越的雷射；而在低濃度均勻摻雜晶體時，由于吸收系數小，難以獲得高的雷射轉換效率。鑒于此，研究團隊通過改進提拉法，生長了高品質的梯度濃度摻雜晶體，設計了LD單端泵浦雷射器，進行了2種梯度摻雜和3種均勻摻雜的晶體的雷射實驗研究。結果發現，梯度摻雜晶體使得泵浦光在傳播過程中獲得了較均勻的吸收，大大降低了泵浦晶體端面的溫度和晶體棒軸向的溫度梯度，顯著減少了熱效應，在35W泵浦時的熱焦距較等效均勻摻雜晶體的數值增大了60%，改善了雷射有效模體積、束斑尺寸和雷射模式，明顯提高了雷射脈沖輸出特性。在2kHz重複頻率運作時的最大雷射輸出功率達到了24.2W，雷射器光光轉換效率高達53.8%。

這項研究證明了梯度濃度摻雜晶體在泵浦和溫度分布方面呈現出優異的性能，提高了晶體棒中末端對泵浦光的吸收，并降低了入射端的溫度，平滑了沿棒軸上的溫度梯度，明顯減小了熱效應，可以顯著提高單端泵浦脈沖雷射器的輸出性能，為未來高效率雷射技術提供了一條新途徑。

文/科技日報記者 吳長鋒

編輯/範輝