【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近期，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)院安徽光機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展，團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、中央高校基本科研業(yè)務(wù)費專項資金等項目的資助。
 

端面泵浦四種晶體棒的實驗裝置圖
 

端面泵浦四種晶體棒的激光實驗數(shù)據(jù)
 

四種晶體棒在最佳條件下的激光性能對比