近期，安光所激光技术中心孙敦陆研究员课题组在高功率中红外掺铒固体激光器方面又取得了一系列研究进展：采用掺铒铝酸钇(Er:YAP)晶体作为固体激光增益介质，高功率半导体激光器（LD）阵列作为泵浦源，在自由运转和硅酸镓镧(LGS)电光调Q模式下实现了高功率、高效率的中红外准连续激光输出。相关成果已发表在Optics Express: 2021, 29(14): 21655-21663和Optical Engineering: 2021, 60(6): 066112上。

图1 LD侧面泵浦Er(Pr):YAP的激光实验装置图

高峰值功率、高重复频率的2.7~3 μm中红外激光在激光外科手术和光参量振荡器泵浦源等方面有着重要的应用。

图2 不同工作频率和泵浦脉冲宽度条件下，LD侧泵浦Er:YAP晶体的平均输出功率与泵浦功率的关系

该课题组采用凹端面的Er:YAP晶体元件来补偿激光运转过程中的热透镜效应，从而改善激光性能，并在250和1000 Hz的工作频率下分别获得了最大输出功率为26.75和13.18 W的中红外激光输出。据知，1000 Hz是到目前为止在LD侧面泵浦掺Er3+中红外激光器中实现的最高工作频率。

图3 在相同占空比条件下，LD侧面泵浦Er:YAP晶体的平均输出功率随泵浦功率的变化

此外，他们还研究了LD侧面泵浦和电光调Q条件下，铒镨共掺铝酸钇(Er,Pr:YAP)晶体的激光性能。在最高工作频率为150 Hz时，获得了单脉冲能量为20.5 mJ、脉冲宽度为61.4 ns、峰值功率为0.33 MW的调Q激光输出。

图4 Er,Pr:YAP晶体的调Q激光性能。

(a)单脉冲输出能量(动态和静态模式)和泵浦能量随工作频率的变化;

(b)调Q激光脉冲宽度和峰值功率随工作频率的变化;

(c)工作频率为150 Hz时，单脉冲输出能量和脉冲宽度随单脉冲泵浦能量的变化;

(d)工作频率为150 Hz时，示波器上显示的调Q脉冲波形图

该研究得到国家自然科学基金、安徽省自然科学基金、安徽省先进激光技术实验室青年基金等项目的资助。