近日，晶體(ti) 材料全國重點實驗室於(yu) 浩海、梁飛教授團隊在聲子耦合激光晶體(ti) 和黃光激光技術領域取得重要進展，提出了熱驅動聲子調控激光設計策略，發明了高集成聲子耦合激光倍頻技術，首次在Nd:YAG晶體(ti) 中實現了575.5–583 nm連續波黃光激光，為(wei) 解決(jue) 全固態激光“黃光鴻溝”難題提供了簡單可行的方案，具有重要的科學意義(yi) 和實用價(jia) 值。相關(guan) 研究成果以“Phonon engineering in Nd³⁺-doped garnet lasers: filling the yellow gap and boosting fluorochrome excitation”為(wei) 題，在線發表於(yu) 國際期刊Advanced Photonics（IF：18.8）。論文第一作者為(wei) 山東(dong) 大學2022級博士研究生郝鴻，通訊作者為(wei) 梁飛教授、於(yu) 浩海教授和張懷金教授，山東(dong) 大學為(wei) 獨立完成單位。

570–590 nm黃光激光位於(yu) 人眼視覺敏感區，在醫療診斷、天文觀測和精密儀(yi) 器等領域具有重要應用價(jia) 值。基於(yu) “激光輻射+非線性倍頻”方案，綠光和紫外激光已基本滿足需求，實現產(chan) 業(ye) 化。但受限於(yu) 釹離子（Nd³⁺）和鐿離子（Yb³⁺）摻雜晶體(ti) 的本征電子能級，商品化激光晶體(ti) 在1140–1180 nm光譜範圍內(nei) 缺乏高效電子躍遷，無法通過倍頻實現黃光激光，被學界公認為(wei) “黃光鴻溝”。為(wei) 了獲得黃光激光，通常采用非線性和頻、受激拉曼等技術，需要多種不同功能的晶體(ti) 協同工作，導致激光器裝置複雜、調節困難，限製了產(chan) 業(ye) 化應用。因此，探索一種簡單高效的新型激光輻射原理，簡化黃光激光產(chan) 生方案，具有重要意義(yi) 。

聲子耦合激光倍頻技術產(chan) 生黃光激光

本工作從(cong) 固體(ti) 物理和激光物理的基本原理出發，提出了一種聲子耦合激光設計策略，通過調控電子躍遷與(yu) 晶格振動的耦合效應，實現新波長激光。以商品化的Nd:YAG晶體(ti) 為(wei) 例，Nd³⁺離子占據具有D₂對稱性 的Y³⁺位點，理論上允許電子躍遷與(yu) 所有對稱性的聲子模式發生耦合，從(cong) 而改變能量傳(chuan) 遞過程。當熱激發提供充足的聲子時，處於(yu) 激光上能級底部的電子可吸收聲子能量躍遷至更高的聲子能級，然後向下躍遷並輻射出新頻率光子，從(cong) 而實現波長拓展。基於(yu) 該原理，研究團隊首次在Nd:YAG晶體(ti) 中實現連續波黃光激光，波長575.5-583 nm，填補了全固態激光“黃光鴻溝”。利用晶格振動與(yu) 溫度正相關(guan) 的特點，黃光激光表現出反常的溫度特性，在高溫下輸出功率不降反升，最高功率達到75 mW，滿足了流式細胞檢測的應用需求。測試結果表明，同等功率583nm黃光激光對AF-594熒光染料的激發效率相比綠光激光器顯著提升。聲子耦合黃光激光技術僅(jin) 需一塊激光晶體(ti) 和一塊倍頻晶體(ti) ，與(yu) 商品化532 nm綠光激光器的設計方案完全相同，極大簡化了諧振腔結構，為(wei) 研製高集成黃光激光器提供了技術支撐，具有重要的實用價(jia) 值。

相關(guan) 研究工作得到了國家自然科學基金、國家重點研發計劃、山東(dong) 大學傑出中青年學者和晶體(ti) 材料全國重點實驗室的資助和支持。