記者從中科院合肥研究院瞭解到，該院健康所醫用鐳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，大大提高了鐳射轉換效率，為後續高質量鐳射器批次製造和定標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。
全固態端泵技術是獲得緊湊、高效、高質量鐳射器的重要方法之一。然而，在高重複頻率泵浦下，增益介質中的嚴重鐳射熱效應已成為阻礙輸出功率增強和降低光束質量的主要因素，是鐳射界長期難以攻克的瓶頸，特別是在LD單端泵浦的鐳射器中尤為突出，其關鍵問題在於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佈極為不均勻，難以產生效能優越的鐳射；而在低濃度均勻摻雜晶體時，由於吸收係數小，難以獲得高的鐳射轉換效率。鑑於此，研究團隊透過改進提拉法，生長了高質量的梯度濃度摻雜晶體，設計了LD單端泵浦鐳射器，進行了2種梯度摻雜和3種均勻摻雜的晶體的鐳射實驗研究。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%，改善了鐳射有效模體積、束斑尺寸和鐳射模式，明顯提高了鐳射脈衝輸出特性。在2kHz重複頻率執行時的最大鐳射輸出功率達到了24.2W，鐳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佈方面呈現出優異的效能，提高了晶體棒中末端對泵浦光的吸收，並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衝鐳射器的輸出效能，為未來高效率鐳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
