1.8～3 μm中紅外激光由於(yu) 具備處於(yu) 大氣窗口波段、對人眼安全、對大氣分子敏感以及液態水分子強吸收等特性，在雷達、激光通信、環境監測以及高精度手術等領域具有重要的應用價(jia) 值。近日，中國科學院上海矽酸鹽研究所研究員蘇良碧課題組與(yu) 山東(dong) 師範大學、山東(dong) 大學、哈爾濱工業(ye) 大學等機構合作，基於(yu) “稀土發光離子局域格位結構設計”的思想，利用三價(jia) 稀土離子在螢石型結構晶體(ti) CaF2/SrF2中自發富集形成離子團簇的特性，通過合理的摻雜機製提高激活離子間的相互作用效率，在低濃度摻雜的情況下實現了超越Stokes量子效率的高效率中紅外波段激光輸出。相關(guan) 研究成果發表在Photonics Research, Optics Letters, Optics Express 係列學術期刊上。（Photonics Research 2018, 6: 762-767; Optics Letters 2018, 43: 4300-4303; Optics Letters 2018, 43: 2418-2421; Optics Letters 2018, 43: 1726-1729; Optics Express 2018, 26: 5558-5563; Optics Express 2018, 26: 26916-26924）。

　　研究團隊在Tm:CaF2晶體(ti) 中引入調劑離子La3+，合理設計晶體(ti) 的組成和配比，顯著提高了Tm3+離子2μm波段發射截麵和熒光壽命；采用792nm激光二極管做泵浦源，在Tm,La:CaF2晶體(ti) 中實現了斜效率67.8% (Stokes量子效率41%)、功率4.27 W的連續激光輸出，激光波長調諧範圍達190 nm（1850-2050 nm）。

　　研究團隊利用CaF2-SrF2混晶中陽離子格位無序的特點，合理設計混晶中Ca和Sr的比例，在4 at.% Er:CaF2-SrF2晶體(ti) 中實現了斜效率41.4% (Stokes量子效率35%)、功率712 mW的3μm波段連續激光輸出，同時在調Q模式下獲得了鎖模激光脈寬1.78 ns、重頻136.3 MHz的穩定脈衝(chong) 激光輸出。此外，采用980nm激光二極管做泵浦源，在3 at.% Er:SrF2晶體(ti) 中實現了斜效率41%、功率1.06W的3μm波段連續激光輸出。

　　研究團隊采用1.94微米Tm光纖激光器做泵浦源，在0.5 at.% Ho:CaF2晶體(ti) 中獲得了斜效率59.8%、功率7.17 W的2μm波段連續激光輸出。並且，利用聲光調Q技術，實現了脈寬54 ns、單脈衝(chong) 能量1.9mJ、重複頻率3kHz的脈衝(chong) 激光輸出，平均輸出功率5.71W，斜效率為(wei) 48.5%。

　　該研究工作與(yu) 目前已報道的同類工作相比具有顯著進步，特別是有效避免了在其他類型激光晶體(ti) 材料中因高濃度摻雜存在的一係列不利影響，包括激光上能級上轉換效應、晶體(ti) 光學質量和熱導率下降，從(cong) 而獲得了高效率的中紅外波動激光輸出。

　　以上研究工作得到中科院戰略性先導專(zhuan) 項（B類）、國家自然科學基金重點項目、國家重點研發計劃等的支持。

　　Tm,La:CaF2 晶體(ti) 連續激光輸出和激光波長調諧範圍：斜效率最高達67.8%，輸出功率4.27 W，波長調諧範圍超過190 nm 

　　Er:CaF2-SrF2晶體(ti) 連續激光輸出和調Q鎖模激光脈衝(chong) ：斜效率41.4%、功率712 mW的連續激光輸出；調Q模鎖模激光脈寬1.78 ns、重頻136.3 MHz 

　　Ho:CaF2晶體(ti) 連續和調Q工作模式下的激光輸出情況：連續激光斜效率59.8%、功率7.17 W；調Q激光平均輸出功率5.71W、斜效率48.5%、脈寬54 ns