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我所提出高功率薄片激光器基橫模輸出的新方法

  近日,我所化學激光研究室(七室)李剛研究員、金玉奇研究員團隊在薄片激光器光束質量控制研究方面取得新進展,提出了一種在全泵浦功率范圍內使薄片激光器連續輸出并保持光束質量接近衍射極限的新方法,并對其光束質量控制機理進行了深入研究。

  薄片激光器是一種半導體泵浦的、增益介質為薄片狀晶體的新型固體激光器。薄片激光器同時具備高平均功率、高脈沖能量、高光束質量的特性,在EUV光源、光學頻率梳和阿秒脈沖產生、激光微加工以及國防領域具有重要應用前景。然而,薄片激光器中最核心的多通泵浦薄片模塊技術常年為國外所壟斷,且72通泵浦模塊對國內禁售。

  本工作中,科研人員提出了一種薄片激光多通泵浦方案,并設計制造了自主知識產權的72通泵浦模塊,以此為基礎開發了一種在全泵浦功率范圍內使薄片激光器輸出激光的光束質量保持衍射極限的方法。該方法的核心是通過將薄膜偏振片和四分之一波片組合成一個新型輸出耦合器,從而實現激光諧振腔的輸出耦合率連續線性可調。通過實時調諧諧振腔的輸出耦合率,在整個入射泵浦功率范圍內都獲得了接近衍射極限的光束質量(M2<1.2),平均輸出功率超過210W??蒲腥藛T通過諧振腔衍射損耗模擬仿真給出了光束質量控制機理。對于類似通過衍射損耗實現基模橫輸出的諧振腔,連續可變輸出耦合器在增強薄片激光器輸出性能方面有著良好的應用前景,這為將來的千瓦級納秒激光器和焦耳級皮秒激光放大器的研制奠定了良好的基礎。

  該團隊在薄片激光器的研制方面,經過多年的技術攻關,此前取得了系列研究進展,包括薄片多通泵浦模塊的主動對準技術(Optik,2018),用于薄片增益晶體的多孔泡沫結構冷卻排列系統(Optik,2020),研制了最新一代的72通薄片泵浦模塊以及百kHz高功率腔倒空薄片納秒激光器(Optics Express,2022),基于72通泵浦模塊的百fs克爾透鏡鎖模薄片激光器(《中國激光》,2022)等。

  相關研究成果以“Resonators with a continuously variable output coupling rate to enhance output performance of Yb:YAG thin-disk lasers”為題,于近日發表在Optics Express上。該工作的第一作者是我所704組博士研究生戴隆輝。上述工作得到大連市科技創新基金、我所創新基金等項目的支持。(文/圖 戴隆輝)

  文章鏈接:https://doi.org/10.1364/OE.473914

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