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导读

近日，山西大学光电究诘所的卢华东教讲课题组革命性地提议了一种搀杂受激辐照和光学参量进程齐备高通晓性窄谱宽近红外激光输出的关节。通过在增益开关型激光器的谐振腔内引入光学参量进程，大幅度申斥了激光脉冲造成进程中自觉辐照占比，灵验压窄了输出激光的脉宽和申斥了激光脉冲的时序抖动。最终取得了输出功率为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表差仅为2.285 ns。该究诘为齐备结构紧凑、无需锁定搁置的高功率高通晓性窄谱宽激光器提供了一种新的念念路。

关联遵守以“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。

究诘布景

近红外光源(700 ~ 1000 nm)因其出色的穿透才智和低散射特质，已庸碌应用于材料加工、生物医疗、环境监测以及激光雷达等限制。通过非线性频率改革本领，其输出波长还不错进一步扩张到太赫兹、中红外、可见光和紫外光等波段，从而得志安全检测、激光通信、激光投影和光刻等各种化应用的需求。

当今，齐备高功率、窄谱宽纳秒脉冲近红外激光输出，频频接收的是增益开关型钛对持激光器。然则钛对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、转念遵守和光束质料。而钛对持激光器在低功率启动时，又因为泵浦速度低，脉冲时序存在严重抖动。此外，诈欺532 nm激光泵浦光学参量飘浮器亦然产生近红外激光输出的灵验关节，尽管该关节不受热效应的制约，但由于相位匹配进程固有的接受带宽较大，在高功率泵浦时输出信号光的谱宽较大。为灵验压窄其谱宽，必须借助高质料的窄谱宽激光器对其进行注入锁定，这不仅加多了光源的本钱，况兼会影响系统的通晓性。

究诘革命点

该课题组为克服当今所靠近的本领费劲，提议了搀杂受激辐照和光学参量进程齐备高通晓性窄谱宽近红外激光输出的关节。领先从表面上分析了在增益开关型钛对持激光器中引入光学参量进程前后输出激光脉冲的能源学进程，如图1所示，在增益开关型激光器中，当增益介质被泵浦时，掺杂离子被飞速布局至激光上能级，随后在自觉辐照和受激辐照的作用下，造成激光脉冲输出；而当光学参量进程引入谐振腔后，光学参量进程较大的非线性改革遵守，不错增强激光脉冲造成进程中的受激辐照速度，并申斥自觉辐照项占比，使得输出激光的脉冲树立期间以及脉宽裁汰。况兼，由于光学参量进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显贵改善。

图1 搀杂受激辐照和光学参量进程的近红外激光器旨趣图

该课题组策动了如图2所示的搀杂受激辐照和光学参量进程的近红外激光器。在单个谐振腔内插入钛对持晶体和LBO非线性晶体辞别当作增益介质和光学参量介质。为了生动搁置钛对持激光与参量进程信号光之间的延时，诈欺两套访佛频率为6 kHz的纳秒脉冲532 nm激光器当作泵浦源，同期接收延时/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搁置。此外，为了压窄钛对持激光的谱宽，谐振腔内插入了厚度为0.5 mm和10 mm厚的圭表具以及四片组合式双折射滤波片。临了，通过在输出镜后插入自注入反射镜以保证腔内钛对持飘浮光与光学参量进程的信号光传播标的一致。

图2 搀杂受激辐照和光学参量进程的近红外激光器实践装配图

在实践上，通过延时/脉冲发生器搁置两泵浦光脉冲时序，优化了引入光学参量进程后输出激光的时域特质，如图3所示。在增益开关型激光器中引入光学参量进程后，光学参量进程所产生的信号光大幅度申斥了激光在脉冲造成进程中自觉辐照进程的占比，同期增强了受激辐照速度，使得输出激光的脉宽从66.3 ns申斥至18.9 ns，脉冲树立期间从372.9 ns裁汰至310 ns。同期，由于光学参量进程中泵浦光与信号光脉冲之间无延时的特质，使得增益开关型激光器的脉冲时序抖动也得到通晓改善，其圭表差从9.926 ns申斥至2.285 ns。

图3 两泵浦光与输出激光的脉冲时序特质

在增益开关型激光器中引入光学参量进程并优化两泵浦光脉冲时序之后，最终齐备了7.75 W的830 nm激光输出，其功请示会性优于0.85% (RMS)，如图4(a)所示；诈欺扫描式F-P腔(SA210-8B, Thorlabs)对其纵模特质进行测量，扫尾标明，在最大输出功率处不错保抓纯粹的单纵模启动，如图4(b)所示；诈欺光束质料分析仪(M2MSBC207VIS/M, Thorlabs)对其横模特质进行了测量，光束质料M2因子在X和Y标的辞别优于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，齐备了波长从764.90 nm至873.43 nm宽鸿沟调谐，如图4(d)所示。

图4 输出激光的(a)功请示会性(插图为脉宽)，(b)纵模特质，(c)光束质料M2因子以及(d)调谐特质

回来与预测

该团队创建了一种搀杂受激辐照与光学参量进程齐备高通晓性大能量近红外激光输出的关节，齐备了一种结构紧凑、通晓性高、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进程，大幅度改善了输出激光的时域特质。最终齐备了最大输出功率为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，脉冲时序抖动的圭表差申斥至2.285 ns。

本究诘不仅为齐备高功率高通晓性窄谱宽的近红外激光器提供了一种新的念念路，同期，所齐备的近红外激光器在激光同位素分离以及非线性频率变换枢纽本领限制具有蹙迫的应用价值以及发展远景。

论文汇注：

团

队

介

绍

山西大学光电究诘所应用转念平台的卢华东教讲课题组，中枢成员包括彭堃墀院士、苏静训诲等开云体育(中国)官方网站，始终从事单频激光本领和光量子器件的究诘和拓荒责任。近些年，课题组发展了一套诈欺非线性损耗普及全固态单频连气儿波激光器全体性能的本领和关节，将我国单频激光器的全体性能鼓动到宇宙先进水平。其中究诘拓荒的全固态单频连气儿波1064 nm和532 nm激光器的输出功率辞别朝上了208 W和30 W，均为当今海外上同类激光器的最高主义。发展了一整套全固态单频连气儿波宽调谐钛对持激光器关联的本领和关节，究诘和拓荒的全固态单频连气儿波可调谐钛对持激光器居品达到了海外上同类激光器的水平，填补了我国在该居品限制的空缺。究诘拓荒的系列激光器居品仍是提供给国表里很多单元使用，收到了庸碌好评。当今，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。