近日，中科院上海光機(jī)所空天激光技術(shù)與系統(tǒng)部研究團(tuán)隊基于2.1μm Ho:YAG主振蕩放大器泵浦ZGP晶體，在千赫茲重復(fù)頻率下實(shí)現(xiàn)了大能量3~5μm中波紅外激光輸出，并進(jìn)一步研究了大能量中波紅外激光的光束質(zhì)量改善技術(shù)。相關(guān)研究成果以“High-Repetition-Rate 52-mJ Mid-Infrared Laser Source Based on ZnGeP2 MOPA System”和“High-repetition-frequency, high-energy mid-wave infrared ZnGeP2 MOPA system”為題分別發(fā)表于Journal of Lightwave Technology和Laser Physics Letters上。

高重復(fù)頻率、大脈沖能量可調(diào)諧3~5μm中紅外激光在大氣監(jiān)測等諸多領(lǐng)域具有重要意義。在可實(shí)現(xiàn)中波紅外激光輸出的手段中，非線性頻率轉(zhuǎn)換技術(shù)具備全固態(tài)、波長調(diào)諧范圍寬和產(chǎn)熱少等優(yōu)點(diǎn)。受限于固體材料的損傷閾值，目前千赫茲重頻量級下中波紅外激光的脈沖能量僅有~10mJ，難以滿足應(yīng)用領(lǐng)域的需求。

在這項研究中，研究人員通過光學(xué)和結(jié)構(gòu)設(shè)計，補(bǔ)償了晶體熱透鏡和熱致雙折射退偏效應(yīng)，最終利用Ho:YAG MOPA系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了重復(fù)頻率2kHz、平均功率~200W的高偏振度2.1μm激光輸出。以其泵浦ZGP光學(xué)參量振蕩器和放大器，實(shí)現(xiàn)了2kHz重復(fù)頻率、平均功率103.9W、脈沖能量~52mJ、脈沖寬度18.3ns的3~5μm中紅外激光輸出，但存在中波紅外激光光束質(zhì)量較差（M²=10）的問題。通過研究泵浦分配比例、單波長注入以及放大器種子和泵浦發(fā)散角匹配等技術(shù)，在中波紅外激光平均功率53.3 W、脈沖能量26.7 mJ時，實(shí)現(xiàn)光束質(zhì)量M2＜4。該研究工作實(shí)現(xiàn)了高亮度、高重頻、大能量中波紅外激光輸出，提升了該類型激光器的應(yīng)用前景。

高重頻大能量中波紅外激光器裝置結(jié)構(gòu)圖

該項工作得到國家自然科學(xué)基金的支持。

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