中紅外激光（2~5μm）覆蓋多個(ge) 大氣傳(chuan) 輸窗口及眾(zhong) 多分子化學鍵吸收峰“指紋”區域，在空間光通訊、環境監測、醫療、軍(jun) 事等領域均有重要的應用前景。產(chan) 生中紅外激光的技術眾(zhong) 多，其中基於(yu) 直接泵浦稀土摻雜晶體(ti) 的中紅外激光技術，具有結構簡單、可連續輸出、光束質量高等優(you) 點。直接泵浦鉺離子（Er³⁺）摻雜激光晶體(ti) 是實現3μm波段中紅外激光的最重要技術之一。為(wei) 了解決(jue) Er離子3μm激光輸出通道的下能級（⁴I_13/2）壽命遠高於(yu) 上能級（⁴I_11/2）引起的激光振蕩自終止效應，一般采取Er離子高濃度摻雜的方式，其摻雜濃度往往高於(yu) 30 at%，甚至50 at%。但是，高濃度摻雜會(hui) 引起激光晶體(ti) 熱導率大幅度下降，以及激光上能級（⁴I_11/2）濃度猝滅增強，從(cong) 而導致3μm波段輸出功率受限和激光效率偏低。 

　　中國科學院上海矽酸鹽研究所蘇良碧研究員課題組，以低聲子能量的氟化鍶（SrF₂）晶體(ti) 為(wei) 摻雜基質，利用該晶體(ti) 特殊的螢石型結構形成的摻雜稀土離子的“團簇”效應，在Er³⁺離子極低摻雜濃度下（<5 at%）克服3μm激光振蕩自終止效應，實現了高效率的雙波長激光輸出。當Er:SrF₂晶體(ti) 中Er³⁺離子摻雜濃度為(wei) 4 at%時，3μm激光下能級壽命是上能級的1.58倍，小於(yu) 4 at% Er:CaF₂晶體(ti) 的1.66倍，更低於(yu) 33 at% Er:YAG晶體(ti) 的60.4倍，30 at% Er:YSGG晶體(ti) 的2.62倍，以及15 at% Er:YLF晶體(ti) 的3.25倍。同時，該晶體(ti) 的光譜參數品質因子（發射截麵與(yu) 熒光壽命的乘積）為(wei) 7.45×10^-20 ms•cm²，高於(yu) Er:CaF₂晶體(ti) 的3.89×10^-20 ms•cm²，也遠高於(yu) Er:YAG晶體(ti) 的0.3×10^-20 ms•cm²和Er:YLF晶體(ti) 的1.64×10^-20 ms•cm²。該課題組與(yu) 山東(dong) 師範大學劉傑教授合作，采用激光二極管直接泵浦4at.% Er:SrF₂晶體(ti) （未鍍膜），實現了高斜效率、雙波長中紅外激光輸出，斜效率22.0%，在保證晶體(ti) 不被損壞的前提下，獲得最高平均輸出功率483 mW，激光波長約為(wei) 2789 nm和2791 nm（2016 Scientific Reports 6, 36635）。 

　　此前，該課題組和山東(dong) 師範大學合作，采用石墨烯作可飽和吸收體(ti) ，在4at% Er:CaF₂晶體(ti) 中實現了2.8μm被動調Q脈衝(chong) 激光輸出，脈衝(chong) 寬度1.3 μs，重複頻率62 kHz，平均輸出功率172 mW （2016 Optical Materials Express 6, 1570-1575；2016 Optical Materials Express 6, 409-415）。在此基礎上，通過共摻去激發離子Pr³⁺，在3 at% Er, 0.03 at% Pr:CaF₂晶體(ti) 中，首次實現了2.8 μm自調Q脈衝(chong) 激光輸出（即不需要額外的可飽和吸收體(ti) ），脈衝(chong) 寬度718 ns，重複頻率52 kHz，平均輸出功率262 mW（2016 Optics Letters 41, 4660-4663）。 

　　以上工作得到了國家自然科學基金麵上項目、重點項目和優(you) 秀青年基金的資助。

　　LD直接泵浦4at.% Er:SrF₂晶體(ti) 高效率、雙波長中紅外激光輸出特性

LD直接泵浦4at.% Er:CaF₂晶體(ti) 被動調Q中紅外激光輸出

LD直接泵浦3at.% Er, 0.03at.% Pr:CaF₂晶體(ti) 自調Q中紅外激光輸出