近期，中國科學院上海光學精密機械研究所超強激光科學與(yu) 技術全國重點實驗室研究團隊在高重頻高功率超快激光器研究方麵取得進展，

相關(guan) 成果以“High-power Innoslab amplifier with a multi-segmented composite Yb:YAG crystal”為(wei) 題發表於(yu) High Power Laser Science and Engineering。

高重頻、高功率超快激光是當前國際激光技術發展的重要方向，在先進製造、強場物理、高次諧波產(chan) 生、精密測量以及半導體(ti) 加工等領域具有廣闊的應用前景。隨著激光輸出功率不斷提高，激光放大器內(nei) 部增益晶體(ti) 所承受的熱負荷也迅速增加。傳(chuan) 統均勻摻雜Yb:YAG晶體(ti) 內(nei) 部受限於(yu) 較大的溫度梯度和熱應力，不僅(jin) 降低了放大效率和光束質量，還會(hui) 增加晶體(ti) 發生熱損傷(shang) 甚至熱斷裂的風險。

本研究提出並演示了一種基於(yu) 多段式複合摻雜Yb:YAG晶體(ti) 結構的高功率Innoslab超快激光器。分別對傳(chuan) 統2%均勻摻雜Yb:YAG晶體(ti) 和新設計的2%+3%+2%多段式複合摻雜Yb:YAG晶體(ti) 進行了實驗比較。與(yu) 傳(chuan) 統晶體(ti) 不同，多段式複合摻雜晶體(ti) 通過提高中間區域摻雜濃度，使泵浦光束沿傳(chuan) 播方向能夠更加均勻地被吸收，從(cong) 而有效降低晶體(ti) 內(nei) 部溫度梯度，為(wei) 獲得高輸出功率奠定了基礎。高功率Innoslab激光放大器結構如下圖所示。

實驗結果表明，在630W泵浦功率、20W種子光注入條件下，采用傳(chuan) 統均勻摻雜晶體(ti) 時輸出功率達到211W，而采用多段式複合摻雜晶體(ti) 後，輸出功率進一步提升至245W，光光轉換效率由33.4%提高至38.9%。與(yu) 此同時，小信號增益由1.9提高到3.4，即使在低功率種子光條件下，係統依然能夠獲得較高的放大輸出，充分體(ti) 現了多段式複合摻雜晶體(ti) 的優(you) 勢。得益於(yu) 晶體(ti) 內(nei) 部更加均勻的溫度場分布，基於(yu) 多段式複合摻雜晶體(ti) 的高功率Innoslab激光器具有優(you) 良的光束質量M²=1.21×1.25，並且該激光器具有良好的長期穩定性，其1小時連續工作下的輸出功率穩定性為(wei) 0.11%（RMS），30分鍾下X、Y方向的指向穩定性分別為(wei) 7.33μrad和7.76μrad。與(yu) 傳(chuan) 統的均勻摻雜Yb:YAG晶體(ti) 相比，多段式複合摻雜晶體(ti) 在輸出功率、放大效率、光束質量和穩定性方麵均表現出明顯的優(you) 勢。未來，該技術有望擴展至平均功率更高的超快激光係統，為(wei) 先進的科學研究和應用提供高效且可靠的激光光源。