上海硅酸盐所中红外激光晶体研究取得进展

 

  中红外激光(2~5μm)覆盖多个大气传输窗口及众多分子化学键吸收峰“指纹”区域,在空间光通讯、环境监测、医疗、军事等领域均有重要的应用前景。产生中红外激光的技术众多,其中基于直接泵浦稀土掺杂晶体的中红外激光技术,具有结构简单、可连续输出、光束质量高等优点。直接泵浦铒离子掺杂激光晶体是实现3μm波段中红外激光的最重要技术之一。为了解决Er离子3μm激光输出通道的下能级寿命远高于上能级引起的激光振荡自终止效应,一般采取Er离子高浓度掺杂的方式,其掺杂浓度往往高于30at%,甚至50at%。但是,高浓度掺杂会引起激光晶体热导率大幅度下降,以及激光上能级浓度猝灭增强,从而导致3μm波段输出功率受限和激光效率偏低。

 

  中国科学院上海硅酸盐研究所研究员苏良碧课题组,以低声子能量的氟化锶晶体为掺杂基质,利用该晶体特殊的萤石型结构形成的掺杂稀土离子的“团簇”效应,在Er离子极低掺杂浓度下(<5at%)克服3μm激光振荡自终止效应,实现了高效率的双波长激光输出。当Er:SrF2晶体中Er3+离子掺杂浓度为4at%时,3μm激光下能级寿命是上能级的1.58倍,小于4at% Er:CaF2晶体的1.66倍,更低于33at% Er:YAG晶体的60.4倍,30at% Er:YSGG晶体的2.62倍,以及15at% Er:YLF晶体的3.25倍。该课题组与山东师范大学教授刘杰合作,采用激光二极管直接泵浦4at.% Er:SrF2晶体(未镀膜),实现了高斜效率、双波长中红外激光输出,斜效率22.0%,在保证晶体不被损坏的前提下,获得最高平均输出功率483mW,激光波长约为2 789 nm和2 791 nm。

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