上海光机所在高重频大能量中波红外激光研究方面取得新进展

放大器

高重频大能量中波红外激光器装置结构图

近日，中科院上海光机所空天激光技术与系统部研究团队基于2.1μm Ho:YAG主振荡放大器泵浦ZGP晶体，在千赫兹重复频率下实现了大能量3~5μm中波红外激光输出，并进一步研究了大能量中波红外激光的光束质量改善技术。相关研究成果以“High-Repetition-Rate 52-mJ Mid-Infrared Laser Source Based on ZnGeP2 MOPA System”和“High-repetition-frequency, high-energy mid-wave infrared ZnGeP2 MOPA system”为题分别发表于Journal of Lightwave Technology和Laser Physics Letters上。

高重复频率、大脉冲能量可调谐3~5μm中红外激光在大气监测等诸多领域具有重要意义。在可实现中波红外激光输出的手段中，非线性频率转换技术具备全固态、波长调谐范围宽和产热少等优点。受限于固体材料的损伤阈值，目前千赫兹重频量级下中波红外激光的脉冲能量仅有~10mJ，难以满足应用领域的需求。

在这项研究中，研究人员通过光学和结构设计，补偿了晶体热透镜和热致双折射退偏效应，最终利用Ho:YAG MOPA系统实现了重复频率2kHz、平均功率~200W的高偏振度2.1μm激光输出。以其泵浦ZGP光学参量振荡器和放大器，实现了2kHz重复频率、平均功率103.9W、脉冲能量~52mJ、脉冲宽度18.3ns的3~5μm中红外激光输出，但存在中波红外激光光束质量较差(M2=10)的问题。通过研究泵浦分配比例、单波长注入以及放大器种子和泵浦发散角匹配等技术，在中波红外激光平均功率53.3 W、脉冲能量26.7 mJ时，实现光束质量M2<4。该研究工作实现了高亮度、高重频、大能量中波红外激光输出，提升了该类型激光器的应用前景。

该项工作得到国家自然科学基金的支持。

审核编辑 黄宇