近期,中國科學(xué)院合肥物質(zhì)院安光所孫敦陸研究員課題組在2μm(微米)Tm:YAP激光性能提升方面取得新進(jìn)展,團(tuán)隊采用單端泵浦四種不同類型的Tm:YAP晶體棒,并在鍵合凹端面Tm:YAP晶體棒中實現(xiàn)了最優(yōu)的激光性能輸出,相關(guān)成果以《采用熱鍵合與凹端面提升LD端面泵浦Tm:YAP的激光性能》為題發(fā)表在在光學(xué)領(lǐng)域國際知名期刊Optics Express上。
~ 2μm波段的近紅外激光器在外科醫(yī)學(xué)、激光雷達(dá)和科學(xué)研究等領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。利用商用795 nm(納米)激光器可將Tm3+摻雜的晶體直接泵浦至激光上能級,并且基于3F4→3H6能級躍遷產(chǎn)生~ 2 μm激光。對于Tm:YAP而言,端面泵浦是獲得高功率連續(xù)激光的有效方式。但在高泵浦功率下,晶體棒內(nèi)部的熱分布不均勻和嚴(yán)重的熱透鏡效應(yīng)限制了激光輸出功率和光束質(zhì)量的提升。目前,已有很多種方法來減輕或補(bǔ)償晶體熱效應(yīng),包括:采用雙端泵浦,調(diào)整諧振腔結(jié)構(gòu),采用熱鍵合及加入額外的腔內(nèi)元件。
而本工作首次將熱鍵合與凹端面加工的方式運(yùn)用到Tm:YAP晶體棒上,并制備了平平面Tm:YAP晶體,平平面YAP/Tm:YAP/YAP鍵合晶體,凹端面 Tm:YAP晶體和凹端面 YAP/Tm:YAP/YAP鍵合晶體四種不同類型的晶體棒。利用單端泵浦的方式對比了各晶體棒的激光性能。實驗結(jié)果表明:1)采用YAP基質(zhì)晶體作為鍵合端帽有利于提高散熱能力,且凹端面加工有效補(bǔ)償熱透鏡效應(yīng)。2)與平平面Tm:YAP晶體棒相比,凹端面 YAP/Tm:YAP/YAP鍵合晶體棒將最大輸出功率從36.56 W提高到42.5 W,且激光斜效率和光光轉(zhuǎn)換效率均提升了約4%。3)在較高泵浦功率和長時間工作下,平平面Tm:YAP晶體棒會出現(xiàn)裂紋破損,而熱鍵合與凹端面加工的YAP/Tm:YAP/YAP 晶體棒卻沒有出現(xiàn)開裂跡象。4)相較于其他晶體棒,凹端面 YAP/Tm:YAP/YAP鍵合晶體棒獲得了最小的M2因子,表明其輸出的激光光束質(zhì)量較好。
綜上所述,熱鍵合與凹端面相結(jié)合可以有效提高Tm:YAP激光器的散熱能力,改善熱透鏡效應(yīng),有利于獲得高性能的近紅外激光輸出。
該研究工作得到了國家自然科學(xué)基金、安徽省自然科學(xué)基金、中央高?;究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項資金等項目的資助。
論文鏈接:https://opg.optica.org/oe/fulltext.cfm?uri=oe-32-17-29526&id=554145
圖1. 端面泵浦四種晶體棒的實驗裝置圖
表1. 端面泵浦四種晶體棒的激光實驗數(shù)據(jù)
圖2. 四種晶體棒在最佳條件下的激光性能對比
新聞鏈接:https://www.hf.cas.cn/kxyj/kyjz/202408/t20240828_7326315.html