近期，中國科學院合肥物質科學研究院安徽光學精密機械研究所研究員孫敦陸課題組在Er3+摻雜中紅外激光晶體研究方面再次取得一系列研究新進展：在一種抗輻射激光晶體上進一步實現了高功率、高重復頻率的2.79微米輸出；在另一種晶體上實現了2.71和2.73微米雙波長偏振激光輸出。相關研究結果已分別發表在Optics Letters、Optics Express 和Optical Materials 上。
2.7–3微米中紅外激光在生物醫學、科學研究和大氣探測等方面有著廣泛的應用。特別是高峰值功率和高重復頻率的2.7–3微米激光，在光電對抗和非線性光學領域的應用引起了廣泛關注。
在前期研究工作的基礎上，該課題組采用966nmLD側面泵浦方式，進一步研究了Er,Pr:GYSGG晶體的激光性能。在重復頻率為125赫茲、脈沖寬度200微秒條件下，實現了最大輸出功率8.86瓦、電光效率和斜效率分別為7.7%和14.8%的激光輸出。結果表明，通過摻入退激活離子Pr3+和LD側面泵浦，可獲得高性能的2.79 微米激光。
此外，該課題組還在Er:YAP晶體上實現了LD端面泵浦的2710和2728納米雙波長偏振激光輸出。通過不同尺寸Er:YAP晶體元件的熱模擬分析、激光性能和光束質量的對比研究發現，適當的尺寸有利于減小晶體的熱透鏡效應、提高激光效率。
同時，他們還首次采用提拉法生長出了高光學質量的Er,Pr:YAP晶體。研究發現，能級耦合離子Pr3+的摻入有利于降低激光閾值、提高激光效率。但Er3+和Pr3+離子的摻雜濃度仍需進一步優化。
該研究得到國家自然科學基金和國家高技術項目等的資助。
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圖1 966nm LD側面泵浦Er,Pr:GYSGG晶體的示意圖
圖2 不同重復頻率與輸入功率下的激光輸出
圖3 Er,Pr:GYSGG晶體的光束質量因子M2
圖4 Er:YAP晶體和970 nm LD泵浦裝置示意圖
圖5 不同尺寸與泵浦功率條件下的激光輸出功率 (a) 973 nm LD 連續模式下泵浦；(b) 962 nm LD 連續模式下泵浦
圖6 不同尺寸Er:YAP晶體的光束質量因子M2 (a) 1×1×5 mm3; (b) 2×2×5 mm3; (c) 3×3×5 mm3
圖7 Er:YAP和Er,Pr:YAP晶體的熒光衰減曲線
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