在常规半导体泵浦Tm/Ho键合增益介质结构上实现调Q钬激光输出
【中科院福建物构所林文雄课题组】

脉冲Ho激光器在激光医疗、光电对抗和前沿物理研究等领域具有广泛的应用前景。由于激光波长远离重要中红外非线性晶体如ZGP和OP:GaAs在2 μm波段的截止吸收边,脉冲Ho激光器也是能够实现3~12 μm分子指纹波段光参量振荡输出的理想泵浦源。但由于Ho离子没有800 nm波段的吸收带,无法直接利用成熟的AlGaAs半导体激光器(LD),传统的Ho激光需要借助Tm离子敏化来实现,在室温下存在严重的上转换损耗。因此,主流的实现方式均采用1.9 μm激光器进行同带泵浦,具有成本高、结构复杂等缺点。针对这些问题,中国科学院福建物质结构研究所林文雄研究员课题组提出了Tm/Ho键合激光器方案,成功地在常规LD泵浦下从单块增益介质上实现了高效率的Ho激光输出。但通过常规调Q方式,比如在Tm/Ho激光器的谐振腔中插入调Q元器件无法实现调Q Ho激光输出。

为克服该新型Ho激光机制在调Q脉冲产生上面临的瓶颈问题,该团队进一步提出了混合谐振腔方案。通过滤波元件,将谐振腔内的Tm激光与Ho激光分离,克服了腔内Tm激光由于调Q元器件的损耗而无法对掺Ho部分进行充分泵浦所造成的无法出光问题。以Cr2+:ZnSe作为Tm/Ho键合激光器的饱和吸收体,实现了平均功率为474 mW的2.1 μm脉冲激光输出,重复频率为7.14 kHz,脉冲宽度为145 ns。该工作探索出了一条能够直接利用常规LD实现高效率室温2.1 μm调Q激光输出的新路径,具有结构紧凑、可小型化等综合优势,并可以与2D材料如拓扑绝缘体、过渡金属二硫化物等结合,对新型调Q Ho激光器进行进一步探索。

图1 被动调Q开关Tm/Ho激光器的布局示意图

 

研究团队简介

中科院福建物构所林文雄研究员课题组近年来在3D打印技术、全固态激光和非线性变频激光技术等领域承担了二十多项重大科研项目。在3D打印领域,研制出了十几个型号涵盖SLA(立体光固化成型)、DLP(数字光投影)、CLIP(连续液面成型)高分子3D打印机和不同打印幅面的金属3D打印机;在激光技术领域,为国内多家科研单位研制开发了二十多种高性能激光器,波长覆盖深紫外190 nm到中红外3~5 μm波段,为我国国防、科研以及工业科技发展解决了多项关键技术难题,形成了材料-器件-设备一整套具有自主知识产权的系统集成和工程化应用技术。近年来在国内外重要期刊发表论文60余篇,获得国家科技进步二等奖1项,省部级科技奖2项。

相关论文

Huang H Z, Li J H, Deng J, Ge Y, Liu H G et al. Passively Q-switched Tm/Ho composite laser. Opto-Electron Adv 3, 190031 (2020).

DOI:10.29026/oea.2020.190031