中科院大连化学物理研究所提出高功率薄片激光器基横模输出的新方法

2022-11-07 11:26

近日，中国科学院大连化学物理研究所化学激光研究室（七室）李刚研究员、金玉奇研究员团队在薄片激光器光束质量控制研究方面取得新进展，提出了一种在全泵浦功率范围内使薄片激光器连续输出并保持光束质量接近衍射极限的新方法，并对其光束质量控制机理进行了深入研究。

薄片激光器是一种半导体泵浦的、增益介质为薄片状晶体的新型固体激光器。薄片激光器同时具备高平均功率、高脉冲能量、高光束质量的特性，在EUV光源、光学频率梳和阿秒脉冲产生、激光微加工以及国防领域具有重要应用前景。然而，薄片激光器中最核心的多通泵浦薄片模块技术常年为国外所垄断，且72通泵浦模块对国内禁售。

本工作中，科研人员提出了一种薄片激光多通泵浦方案，并设计制造了自主知识产权的72通泵浦模块，以此为基础开发了一种在全泵浦功率范围内使薄片激光器输出激光的光束质量保持衍射极限的方法。该方法的核心是通过将薄膜偏振片和四分之一波片组合成一个新型输出耦合器，从而实现激光谐振腔的输出耦合率连续线性可调。通过实时调谐谐振腔的输出耦合率，在整个入射泵浦功率范围内都获得了接近衍射极限的光束质量（M2＜1．2），平均输出功率超过210W。科研人员通过谐振腔衍射损耗模拟仿真给出了光束质量控制机理。对于类似通过衍射损耗实现基模横输出的谐振腔，连续可变输出耦合器在增强薄片激光器输出性能方面有着良好的应用前景，这为将来的千瓦级纳秒激光器和焦耳级皮秒激光放大器的研制奠定了良好的基础。

该团队在薄片激光器的研制方面，经过多年的技术攻关，此前取得了系列研究进展，包括薄片多通泵浦模块的主动对准技术（Optik，2018），用于薄片增益晶体的多孔泡沫结构冷却排列系统（Optik，2020），研制了最新一代的72通薄片泵浦模块以及百kHz高功率腔倒空薄片纳秒激光器（Optics Express，2022），基于72通泵浦模块的百fs克尔透镜锁模薄片激光器（《中国激光》，2022）等。

相关研究成果以“Resonators with a continuously variable output coupling rate to enhance output performance of Yb：YAG thin－disk lasers”为题，于近日发表在Optics Express上。该工作的第一作者是我所704组博士研究生戴隆辉。上述工作得到大连市科技创新基金、大连化学物理研究所创新基金等项目的支持。