記者從中科院合肥研究院了解到，該院健康所醫(yī)用激光技術(shù)實(shí)驗(yàn)室江海河課題組與安光所晶體材料實(shí)驗(yàn)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(shè)計(jì)方案，大大提高了激光轉(zhuǎn)換效率，為后續(xù)高質(zhì)量激光器批量制造和定標(biāo)放大奠定了重要基礎(chǔ)。相關(guān)成果發(fā)表日前在國際光學(xué)著名期刊《光子學(xué)研究》上。

全固態(tài)端泵技術(shù)是獲得緊湊、高效、高質(zhì)量激光器的重要方法之一。然而，在高重復(fù)頻率泵浦下，增益介質(zhì)中的嚴(yán)重激光熱效應(yīng)已成為阻礙輸出功率增強(qiáng)和降低光束質(zhì)量的主要因素，是激光界長期難以攻克的瓶頸，特別是在LD單端泵浦的激光器中尤為突出，其關(guān)鍵問題在于高濃度均勻摻雜晶體時(shí)，泵浦光被初始端高濃度摻雜離子的強(qiáng)烈吸收，其強(qiáng)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，難以產(chǎn)生性能優(yōu)越的激光；而在低濃度均勻摻雜晶體時(shí)，由于吸收系數(shù)小，難以獲得高的激光轉(zhuǎn)換效率。鑒于此，研究團(tuán)隊(duì)通過改進(jìn)提拉法，生長了高質(zhì)量的梯度濃度摻雜晶體，設(shè)計(jì)了LD單端泵浦激光器，進(jìn)行了2種梯度摻雜和3種均勻摻雜的晶體的激光實(shí)驗(yàn)研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，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(yīng)，在35W泵浦時(shí)的熱焦距較等效均勻摻雜晶體的數(shù)值增大了60%，改善了激光有效模體積、束斑尺寸和激光模式，明顯提高了激光脈沖輸出特性。在2kHz重復(fù)頻率運(yùn)行時(shí)的最大激光輸出功率達(dá)到了24.2W，激光器光光轉(zhuǎn)換效率高達(dá)53.8%。

這項(xiàng)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(xiàn)出優(yōu)異的性能，提高了晶體棒中末端對(duì)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(yīng)，可以顯著提高單端泵浦脈沖激光器的輸出性能，為未來高效率激光技術(shù)提供了一條新途徑。

文/科技日?qǐng)?bào)記者 吳長鋒

編輯/范輝

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