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超强激光科学卓越创新简报

(第二百零七期)

2021年6月30日

上海光机所在窄脉宽大能量长波红外激光技术方面取得新进展

　　中国科学院上海光学精密机械研究所空间激光信息技术研究中心高功率光纤激光技术实验室(上海市全固态激光器与应用技术重点实验室)在窄脉宽大能量长波红外激光技术方面取得了新进展。通过对振荡器的结构进行优化设计，压缩了脉冲宽度，经放大器对功率进行放大，并通过泵浦ZGP OPO实现了脉宽小于10 ns、单脉冲能量3.15mJ的长波红外激光输出，是目前报道的长波红外激光最大单脉冲能量。相关论文发表于IEEE Photonics Journal, 2021, 13(3):1501008以及Crystals, 2021, 11(6):656。

　　近年来，8-12μm长波红外激光在众多重要领域有着广阔的应用需求，尤其是高平均功率和窄脉宽大能量正逐渐成为关注焦点。为此，研究团队基于2.1 μm Ho:YAG MOPA系统泵浦ZGP OPO的技术路线，通过短腔小模场的结构设计，探究了Ho:YAG振荡器输出2.1 μm激光的极限脉冲宽度，并以此作为种子光，经过Ho:YAG三级放大器功率放大后泵浦ZGP OPO，其实验装置结构如图1所示。实验结果表明，Ho:YAG振荡器在低于3 kHz重复频率后，脉冲宽度基本不再降低，稳定在~12 ns，如图2和图3所示；经三级放大系统后，1 kHz和3 kHz时的2.1 μm激光功率分别达到了52.4 W和72.1 W，脉冲展宽至~14 ns和~17 ns；泵浦ZGP OPO后，1 kHz和3 kHz时分别实现了3.15 W和5.45 W的8.2 μm长波红外激光输出，脉冲宽度分别为8.10 ns和9.45 ns。该方案揭示了Ho:YAG MOPA系统泵浦ZGP OPO实现长波红外激光输出的极限脉冲宽度，提供了一种获得~10 ns窄脉宽大能量长波红外激光输出的方法。

　　该研究得到了国家自然科学基金和相关预研课题的资助。

　　原文链接1

　　原文链接2

图1 Ho:YAG MOPA系统和ZGP OPO装置结构图

图2 振荡器不同重频下的输出功率

图3 振荡器不同重频下的脉冲宽度

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