2微米超短脈沖再生放大領域取得重要進展

在國家自然科學基金等項目資助下，暨南大學研究員陳振強、教授李真團隊在2微米超短脈沖再生放大領域取得重要進展。近日，相關成果發表于《激光與光子學評論》（Laser&Photonics Reviews）。

論文共同第一作者兼共同通訊作者、暨南大學教授代世波表示，團隊開發出一種室溫大氣環境下運行的高功率大能量摻銩飛秒再生放大器，其平均功率、脈沖能量與峰值功率均突破現有紀錄，并且為產生高功率大能量2微米飛秒脈沖激光提供了一種簡單、高效且低成本的技術方案。

室溫大氣環境下運轉的高功率大能量2微米超短脈沖再生放大器示意圖。研究團隊供圖

高功率大能量2微米飛秒脈沖激光在大氣傳感、材料加工、強場物理等領域具有重要應用價值。再生放大器具有增益高、光束質量好、結構緊湊等諸多優點，在產生高功率大能量2微米超短脈沖激光方面具有顯著優勢。摻鈥再生放大器雖然可以實現高功率、大能量、高效率的2微米超短脈沖激光輸出，但是脈沖寬度通常被限制在皮秒量級。相比之下，摻銩增益介質（特別是Tm:YAP）具有較寬且平坦的發射譜，本質上有利于產生短脈寬的2微米飛秒脈沖激光。

當前，摻銩再生放大器可以直接產生2微米飛秒脈沖激光，但是輸出波長（～1.94μm）通常位于大氣水分子強吸收帶，需要工作在真空或充氮環境下才能實現高能量輸出，因此嚴重限制了該系統的實用性、穩定性以及應用前景。

針對上述難題，研究團隊首次將a-cut Tm:YAP晶體用于超短脈沖再生放大，巧妙利用其弱水氣吸收發射峰（～1.99μm，E∥b），同時開發了中心波長與之相匹配的摻銩光纖鎖模激光器及放大器，成功突破了傳統大能量摻銩再生放大器需要工作在真空或充氮環境的限制。進一步，基于改進的Frantz-Nodvik方程，通過降低晶體摻雜濃度、布儒斯特角切割、提高種子光能量、優化種子光往返次數和諧振腔結構等多種措施，有效解決了高功率熱管理、激光損傷、光譜窄化、高重頻倍周期分叉等關鍵問題。

“僅在室溫大氣環境下就獲得了脈沖能量為2.6mJ、重復頻率為1kHz、脈沖寬度為431fs、峰值功率為4.8GW的2微米飛秒脈沖激光輸出，這是目前摻銩再生放大器獲得的最高脈沖能量和峰值功率。”論文共同通訊作者陳振強說。

相關論文信息：https://doi.org/10.1002/lpor.202502438