半導(dǎo)體泵浦100Hz聲光調(diào)Q 2.79μm Er:YSGG激光器

近期，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院醫(yī)學(xué)物理與技術(shù)中心醫(yī)用激光技術(shù)研究室研究員江海河課題組在2.79μm調(diào)Q激光器方面取得新進(jìn)展，相關(guān)研究成果以《半導(dǎo)體泵浦100Hz聲光調(diào)Q2.79μmEr:YSGG激光器》（100~300Hzepetition-rateacousto-opticQ-switched2.79μmEr:YSGGlaserside-pumpedbylaser-diode）為題發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊InfraredPhysics&Technology上。

3μm波段位于水的吸收峰與紅外光譜指紋區(qū)內(nèi)，它在生物醫(yī)學(xué)、大氣遙感、光電對抗等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。高峰值功率3μm調(diào)Q激光器還可以作為光參量振蕩器（OPO）的泵浦源，高效率地產(chǎn)生可調(diào)諧中紅外參量激光，將相干光源拓展到中紅外波段。高重復(fù)頻率、高峰值功率中紅外激光不僅可以提高生物消融速率，而且還可以增強遠(yuǎn)程大氣環(huán)境探測靈敏度和距離。因此，發(fā)展高重復(fù)頻率、高峰值功率調(diào)Q激光技術(shù)已成為該領(lǐng)域重要發(fā)展方向。然而，由于3μm激光晶體的增益系數(shù)與熱導(dǎo)率較低，在高功率泵浦條件下會出現(xiàn)嚴(yán)重的熱透鏡與熱退偏效應(yīng)，同時由于缺乏高透過率、高損傷閾值的聲光調(diào)Q開關(guān)，從而難以獲得高重復(fù)頻率、高峰值功率的調(diào)Q激光輸出。

針對以上所存在的問題，醫(yī)用激光技術(shù)研究室研究人員使用在3μm波段具有相對低的泵浦閾值、較高斜率效率的Er:YSGG激光晶體，采用966nm半導(dǎo)體激光器（LD）作為泵浦源，使得泵浦光發(fā)射帶與激光晶體鉺離子吸收帶具有很好的光譜匹配，提高了泵浦效率，降低激光晶體熱效應(yīng)。通過諧振腔優(yōu)化設(shè)計補償熱透鏡效應(yīng)，使用2.79μm高損傷閾值的非偏振TeO2聲光調(diào)Q開關(guān)，避免了電光調(diào)Q熱退偏效應(yīng)帶來的損耗。在重復(fù)頻率100-300Hz條件下，獲得2.79μm高重頻調(diào)Q激光輸出，其中最大激光脈沖能量達(dá)到1mJ，最高峰值功率達(dá)13.2kW@76ns。

不同重復(fù)頻率下輸出脈沖能量變化曲線

激光輸出光斑圖

激光輸出脈沖寬度

該技術(shù)拓展了3μm激光光源，為科研與應(yīng)用提供了新工具，已在激光牙組織消融上進(jìn)行了實驗，取得了較好的效果。該研究工作得到國家重點研發(fā)計劃和國家自然科學(xué)基金等的資助。