近日，中國科學院合肥物質科學研究院健康與(yu) 醫學技術研究所江海河課題組與(yu) 安徽光學精密機械研究張慶禮課題組合作，設計研製了梯度濃度摻雜的釔鋁石榴石晶體(ti) （Nd:YAG）激光係統，實現了高重複頻率電光調Q激光輸出。相比傳(chuan) 統均勻摻雜晶體(ti) ，梯度濃度晶體(ti) 顯著提高了輸出平均功率和峰值功率，並獲得了高光束質量的激光輸出。相關(guan) 研究成果發表在Optics Letters上。

　　激光晶體(ti) 產(chan) 生的熱效應製約著高重複頻率電光調Q激光器的發展，尤其強烈的熱透鏡效應使諧振腔內(nei) 的激光光束縮小，導致諧振腔內(nei) 的峰值功率密度急劇上升，以致損壞腔內(nei) 光學元件。傳(chuan) 統均勻摻雜的激光晶體(ti) ，端泵時的熱量主要分布於(yu) 端麵，且晶體(ti) 的吸收使泵浦光沿晶體(ti) 軸向迅速衰減，從(cong) 而造成泵浦和溫度分布的不均勻。而新型的濃度由低變高的梯度晶體(ti) ，使泵浦光和熱量在軸向分布更加平滑。該研究將梯度濃度晶體(ti) 應用於(yu) 電光調Q係統中，實現了高峰值功率高光束質量的輸出。

　　研究團隊以梯度濃度0.39-0.80 at.%的Nd:YAG晶體(ti) 為(wei) 增益介質，設計出LD端麵泵浦L型平凸折疊腔電光調Q激光係統，實現了重複頻率為(wei) 2 kHz穩定運行。在最佳透過率為(wei) 45%的條件下，梯度濃度晶體(ti) 的激光最大輸出功率達到6.9W，斜效率為(wei) 38.2%。相比等效平均濃度0.60 at.%的晶體(ti) ，分別提高了21.1%和30.8%。實驗結果表明，梯度濃度晶體(ti) 在調Q係統中呈現出優(you) 良特性，較小的熱效應和平滑的熱分布擴大了諧振腔內(nei) 的光斑麵積，從(cong) 而增大了基模激光體(ti) 積，獲得了更高功率的激光輸出且不會(hui) 損壞光學元件。該激光器達到了近衍射極限的調Q激光輸出，脈衝(chong) 寬度為(wei) 5.9ns，峰值功率高達585MW，功率穩定性為(wei) 0.55%。

　　該研究證明了設計的新型梯度濃度Nd:YAG電光調Q激光係統具有優(you) 勢特性、良好的光束質量和穩定性，為(wei) 研製高重複頻率的電光調Q激光器及其在激光雷達和激光成像等光電探測應用提供了新的技術途徑。

　　論文鏈接 ：https://www.osapublishing.org/ol/fulltext.cfm?uri=ol-46-19-5016&id=460047

圖1.電光調Q實驗裝置圖

圖2.各種摻雜晶體(ti) 的電光調Q激光輸出功率

圖3.（a）脈衝(chong) 寬度、（b）光斑、（c）1小時功率穩定性