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超强激光科学卓越创新简报

(第二百二十五期)

2021年10月18日

上海光机所实现高谐波效率高填充系数的重频皮秒紫外激光输出

  近日,中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室研究团队获得了脉冲能量91mJ、脉宽470ps的355nm激光脉冲,三倍频转换效率高达76%,这是目前已知的重频皮秒固态激光器中实现的最高三倍频转换效率,相关成果发表于《高功率激光科学与工程》(High Power Laser Science and Engineering)。

  高功率紫外激光在激光预处理、微纳加工、量子光学和非线性光学测量等领域有着广泛的应用需求。对于重频亚纳秒和皮秒紫外激光器来说,由于缺乏精确的时空调制,三倍频转换效率通常低于50%。因此需要提高激光脉冲的时空填充系数,使激光脉冲在时间和空间上各点的功率密度保持一致,以提高三倍频转换效率。

  文章中的紫外激光器由前端可编程种子源、光隔离系统、再生放大器(RA)、光束整形器、主放大系统(MA)、谐波转换单元等部分组成。研究人员通过精确调控Nd:YAG激光器放大后基频激光脉冲的时间波形和空间分布,以提高其时空填充系数。120mJ、100Hz的1064nm激光脉冲通过两块LBO晶体进行三倍频后获得了脉冲能量为91mJ、脉宽470ps的355nm激光脉冲,三倍频转换效率高达76%,脉冲能量稳定性在3小时优于1.07%(RMS),这是目前已知的重频皮秒固态激光器中实现的最高三倍频转换效率。该激光器正在被上海光机所薄膜光学实验室使用进行DKDP晶体的亚纳秒激光预处理研究。

  相关工作得到了国家自然科学基金项目、国家重点研发计划、中国科学院战略性先导科技专项、上海市优秀学术/技术带头人计划、上海市市级科技重大专项、中国科学院青年创新促进会的支持。(强场激光物理国家重点实验室供稿)

  原文链接

图1 时域可编程紫外激光器光路原理图以及输出光束近场光斑

图2 (a)激光理想平顶光束聚焦和实际各波长激光聚焦测量的能量集中度曲线,以及在最大能量时测得的远场光斑:(b)355 nm,(c) 532 nm,(d)1064 nm

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