近期，中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)院安光所孫敦陸研究員課題組在2.8 μm（微米）中紅外Er:SGGG晶體制備及激光性能研究方面取得一系列新進(jìn)展，相關(guān)成果先后以《Er:SGGG晶體的結(jié)構(gòu)、光譜與激光性能研究》、《基于雙端泵浦結(jié)構(gòu)的Er:SGGG晶體熱學(xué)與激光性能研究》、《鍵合與泵浦結(jié)構(gòu)對(duì)Er:SGGG在2.8 μm連續(xù)激光的影響》為題，分別發(fā)表在光學(xué)領(lǐng)域國(guó)際知名期刊Optics and Laser Technology（《光學(xué)與激光技術(shù)》）、Infrared Physics and Technology（《紅外物理與技術(shù)》）、Optics Express（《光學(xué)快報(bào)》）上。

2.8 μm波段的中紅外激光因其位于水分子的吸收波段，在生物醫(yī)療、光學(xué)遙感及非線性光學(xué)等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值。借助商業(yè)化的~970 nm（納米）激光器可將Er³⁺摻雜的晶體直接泵浦至激光上能級(jí)，并且基于⁴I_11/2→⁴I_13/2能級(jí)躍遷產(chǎn)生~ 2.8 μm激光。在石榴石結(jié)構(gòu)晶體中， SGGG的混晶特性有利于激活離子吸收和熒光光譜的非均勻展寬?；诖耍芯繄F(tuán)隊(duì)采用提拉法首次成功制備了30 at.% Er:SGGG晶體，其在~970 nm左右的吸收帶寬達(dá)19 nm。通過~970 nm左右的激光二極管（LD）單端面泵浦，在400赫茲重頻，300微秒的條件下，Er:SGGG晶體實(shí)現(xiàn)了最大輸出功率為404毫瓦的2.8 μm脈沖激光輸出，對(duì)應(yīng)的斜效率為15.6%。

為了提升Er:SGGG激光晶體的連續(xù)激光功率以滿足應(yīng)用需求，團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了雙端泵浦結(jié)構(gòu)。采用該結(jié)構(gòu)的Er:SGGG晶體實(shí)現(xiàn)了最大輸出功率為450毫瓦的2.8 μm連續(xù)激光輸出，對(duì)應(yīng)的斜效率為8.6%，光束質(zhì)量因子為4.0/3.4。

為了進(jìn)一步明確鍵合與泵浦結(jié)構(gòu)對(duì)Er:SGGG的2.8 μm連續(xù)激光性能的影響，研究團(tuán)隊(duì)制備了SGGG/Er:SGGG和SGGG/Er:SGGG/SGGG兩種鍵合激光晶體。并對(duì)上述兩種晶體進(jìn)行了單端泵浦與雙端泵浦激光實(shí)驗(yàn)，最終得出：鍵合端帽的方式可以優(yōu)化Er:SGGG連續(xù)激光的光束質(zhì)量，雙端泵浦結(jié)構(gòu)可以進(jìn)一步緩解Er:SGGG晶體在連續(xù)激光模式下熱應(yīng)力的結(jié)論。其中，在SGGG/Er:SGGG的單端泵浦結(jié)構(gòu)中，團(tuán)隊(duì)還實(shí)現(xiàn)了最大輸出功率為520毫瓦的激光輸出，對(duì)應(yīng)的斜效率為10.4%。在SGGG/Er:SGGG/SGGG的單端泵浦結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)了1.06/1.11的最優(yōu)光束質(zhì)量因子。

綜上所述， Er:SGGG是一種具有應(yīng)用潛力的中紅外激光增益介質(zhì)，可為新一代中紅外激光器的選擇提供參考。

李泓沅博士研究生為論文第一作者，孫敦陸研究員為論文通訊作者。該研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助。

文章鏈接：

https://doi.org/10.1016/j.optlastec.2024.111797

https://doi.org/10.1016/j.infrared.2025.105847

https://doi.org/10.1364/OE.582639

圖1 Er:SGGG雙端泵浦激光結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 SGGG/Er:SGGG和SGGG/Er:SGGG/SGGG鍵合激光晶體激光輸出結(jié)果

圖3 Er:SGGG鍵合激光晶體內(nèi)容摘要圖