导读

近日，山西大学光电商酌所的卢华东教讲课题组改进性地提议了一种夹杂受激发射和光学参量历程达成高沉着性窄谱宽近红外激光输出的行为。通过在增益开关型激光器的谐振腔内引入光学参量历程，大幅度遏抑了激光脉冲酿成历程中自愿发射占比，有用压窄了输出激光的脉宽和遏抑了激光脉冲的时序抖动。最终获取了输出功率为7.75 W，谱宽为400.93 MHz的纳秒脉冲830 nm近红外激光输出，其脉冲时序抖动的圭臬差仅为2.285 ns。该商酌为达成结构紧凑、无需锁定罢休的高功率高沉着性窄谱宽激光器提供了一种新的念念路。

伸开剩余85%

联系效果以“Population inversion and optical parametric process hybrid stable near-infrared laser with narrow spectral width”为题于2025年6月25日发表在Optics Letters上。

商酌布景

近红外光源(700 ~ 1000 nm)因其出色的穿透才和谐低散射特色，已粗俗应用于材料加工、生物医疗、环境监测以及激光雷达等范畴。通过非线性频率调养手艺，其输出波长还不错进一步彭胀到太赫兹、中红外、可见光和紫外光等波段，从而振作安全检测、激光通信、激光投影和光刻等千般化应用的需求。

现在，达成高功率、窄谱宽纳秒脉冲近红外激光输出，不息礼聘的是增益开关型钛相持激光器。然则钛相持晶体在高功率泵浦时会产生热效应，严重制约了激光器的输出功率、移动效用和光束质料。而钛相持激光器在低功率开动时，又因为泵浦速度低，脉冲时序存在严重抖动。此外，哄骗532 nm激光泵浦光学参量漂浮器亦然产生近红外激光输出的有用行为，尽管该行为不受热效应的制约，但由于相位匹配历程固有的袭取带宽较大，在高功率泵浦时输出信号光的谱宽较大。为有用压窄其谱宽，必须借助高质料的窄谱宽激光器对其进行注入锁定，这不仅增多了光源的资本，况兼会影响系统的沉着性。

商酌改进点

该课题组为克服现在所濒临的手艺贫瘠，提议了夹杂受激发射和光学参量历程达成高沉着性窄谱宽近红外激光输出的行为。领先从表面上分析了在增益开关型钛相持激光器中引入光学参量历程前后输出激光脉冲的能源学历程，如图1所示，在增益开关型激光器中，当增益介质被泵浦时，掺杂离子被赶快布局至激光上能级，随后在自愿发射和受激发射的作用下，酿成激光脉冲输出；而当光学参量历程引入谐振腔后，光学参量历程较大的非线性调养效用，不错增强激光脉冲酿成历程中的受激发射速度，并遏抑自愿发射项占比，使得输出激光的脉冲竖当场间以及脉宽裁汰。况兼，由于光学参量历程中泵浦光与信号光脉冲之间不存在延时，使得输出激光的脉冲时序抖动得到权臣改善。

图1 夹杂受激发射和光学参量历程的近红外激光器旨趣图

该课题组筹算了如图2所示的夹杂受激发射和光学参量历程的近红外激光器。在单个谐振腔内插入钛相持晶体和LBO非线性晶体差异看成增益介质和光学参量介质。为了生动罢休钛相持激光与参量历程信号光之间的延时，哄骗两套重迭频率为6 kHz的纳秒脉冲532 nm激光器看成泵浦源，同期礼聘延时/脉冲发生器对两泵浦源的脉冲序列进行同步触发以及脉冲时序罢休。此外，为了压窄钛相持激光的谱宽，谐振腔内插入了厚度为0.5 mm和10 mm厚的圭臬具以及四片组合式双折射滤波片。终末，通过在输出镜后插入自注入反射镜以保证腔内钛相持漂浮光与光学参量历程的信号光传播标的一致。

图2 夹杂受激发射和光学参量历程的近红外激光器本质安设图

在本质上，通过延时/脉冲发生器罢休两泵浦光脉冲时序，优化了引入光学参量历程后输出激光的时域特色，如图3所示。在增益开关型激光器中引入光学参量历程后，光学参量历程所产生的信号光大幅度遏抑了激光在脉冲酿成历程中自愿发射历程的占比，同期增强了受激发射速度，使得输出激光的脉宽从66.3 ns遏抑至18.9 ns，脉冲竖当场间从372.9 ns裁汰至310 ns。同期，由于光学参量历程中泵浦光与信号光脉冲之间无延时的特色，使得增益开关型激光器的脉冲时序抖动也得到澄莹改善，其圭臬差从9.926 ns遏抑至2.285 ns。

图3 两泵浦光与输出激光的脉冲时序特色

在增益开关型激光器中引入光学参量历程并优化两泵浦光脉冲时序之后，最终达成了7.75 W的830 nm激光输出，其功率沉着性优于0.85% (RMS)，如图4(a)所示；哄骗扫描式F-P腔(SA210-8B, Thorlabs)对其纵模特色进行测量，收尾标明，在最大输出功率处不错保执风雅的单纵模开动，如图4(b)所示；哄骗光束质料分析仪(M2MSBC207VIS/M, Thorlabs)对其横模特色进行了测量，光束质料M2因子在X和Y标的差异优于1.37和1.47，如图4(c)所示。同期，通过同步扫描双折射滤波片的调谐角度以及LBO晶体的温度，达成了波长从764.90 nm至873.43 nm宽边界调谐，如图4(d)所示。

图4 输出激光的(a)功率沉着性(插图为脉宽)，(b)纵模特色，(c)光束质料M2因子以及(d)调谐特色

纪念与瞻望

该团队创建了一种夹杂受激发射与光学参量历程达成高沉着性大能量近红外激光输出的行为，达成了一种结构紧凑、沉着性高、谱宽窄的近红外激光器。通过在增益开关型激光器谐振腔内引入光学参量历程，大幅度改善了输出激光的时域特色。最终达成了最大输出功率为7.75 W、谱宽为400.93 MHz的结构紧凑830 nm近红外激光器，其脉宽压窄至18.9 ns，脉冲时序抖动的圭臬差遏抑至2.285 ns。

本商酌不仅为达成高功率高沉着性窄谱宽的近红外激光器提供了一种新的念念路，同期，所达成的近红外激光器在激光同位素分离以及非线性频率变换纰谬手艺范畴具有迫切的应用价值以及发展远景。

论文衔尾：

团

队

介

绍

山西大学光电商酌所应用移动平台的卢华东教讲课题组，中枢成员包括彭堃墀院士、苏静讲明等，长期从事单频激光手艺和光量子器件的商酌和开导责任。近些年，课题组发展了一套哄骗非线性损耗教训全固态单频连气儿波激光器举座性能的手艺和行为，将我国单频激光器的举座性能鼓舞到宇宙先进水平。其中商酌开导的全固态单频连气儿波1064 nm和532 nm激光器的输出功率差异进步了208 W和30 W，均为现在海外上同类激光器的最高观点。发展了一整套全固态单频连气儿波宽调谐钛相持激光器联系的手艺和行为，商酌和开导的全固态单频连气儿波可调谐钛相持激光器产物达到了海外上同类激光器的水平，填补了我国在该产物范畴的空缺。商酌开导的系列激光器产物仍是提供给国表里好多单元使用kaiyun网址，收到了粗俗好评。现在，课题组正在进行低噪声单频单晶光纤激光器、深紫外激光光源、高压缩度及纠缠度的连气儿变量非经典光源等光量子器件的研制。

发布于：上海市