干涉實驗裝置圖

近日，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)院安光所張?zhí)焓嫜芯繂T團(tuán)隊，在高能量激光器核心組件研發(fā)領(lǐng)域取得突破，成功開發(fā)出基于大尺寸板條狀β-BBO晶體的低應(yīng)力電光開關(guān)，并將其成功應(yīng)用于Nd:YAG混合腔Innoslab激光器系統(tǒng)，實現(xiàn)了兩種泵浦模式下的高性能脈沖激光輸出。相關(guān)成果以“基于板狀BBO普克爾盒的近衍射極限、高能量、電光調(diào)Q的Nd:YAG Innoslab激光器”為題，發(fā)表于OSA旗下期刊Optics Express。

高能量、高重頻、窄脈沖寬度且具備近衍射極限光束質(zhì)量的納秒激光器，在材料加工、非線性頻率轉(zhuǎn)換、大氣激光雷達(dá)等諸多領(lǐng)域具有不可替代的應(yīng)用價值。為解決高能量激光系統(tǒng)中開關(guān)調(diào)制一致性與穩(wěn)定性難題，團(tuán)隊創(chuàng)新采用先進(jìn)低應(yīng)力封裝技術(shù)，并通過精準(zhǔn)優(yōu)化電場均勻性，最終實現(xiàn)整個開關(guān)孔徑內(nèi)光場調(diào)制的高度一致性。經(jīng)過系統(tǒng)測試，該電光開關(guān)在消光比、腔外調(diào)制特性等關(guān)鍵指標(biāo)，以及偏光干涉圖樣等測試結(jié)果上均表現(xiàn)優(yōu)異，為后續(xù)高能量激光系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行筑牢了核心部件根基。

在核心部件突破的基礎(chǔ)上，團(tuán)隊將電光開關(guān)成功應(yīng)用于自主研發(fā)的Nd:YAG混合腔激光器系統(tǒng)，實現(xiàn)了兩種泵浦模式下的高性能輸出：在連續(xù)泵浦模式下，激光器穩(wěn)定實現(xiàn)37.54 W輸出功率、2 kHz重復(fù)頻率及6.5 ns脈沖寬度;切換至脈沖泵浦模式后，激光器成功輸出21.3 mJ單脈沖能量，重復(fù)頻率達(dá)100 Hz，脈沖寬度為7.77 ns。兩種泵浦模式下的激光輸出均展現(xiàn)出近衍射極限的光束質(zhì)量，標(biāo)志著該激光器系統(tǒng)在核心指標(biāo)上達(dá)到行業(yè)領(lǐng)先水平。

測試結(jié)果

除核心部件與系統(tǒng)應(yīng)用外，團(tuán)隊在Innoslab激光器設(shè)計上亦取得重要創(chuàng)新。通過采用穩(wěn)定-不穩(wěn)定混合腔配置，結(jié)合線形泵浦光束與板條型激光晶體、Q開關(guān)的優(yōu)化匹配，成功實現(xiàn)大模式體積設(shè)計，有效克服了激光器運(yùn)行中的熱效應(yīng)難題，為高能量輸出與優(yōu)異光束質(zhì)量的兼顧提供了關(guān)鍵解決方案。同時，團(tuán)隊針對光束勻化及快速電光調(diào)制系統(tǒng)開展深入研究，探索出成體系的高功率激光二極管疊陣光束整形及精密電控技術(shù)方案，進(jìn)一步增強(qiáng)高功率激光器系統(tǒng)緊湊性。本研究中的電光開關(guān)除了可應(yīng)用于振蕩器腔內(nèi)調(diào)Q，還可作為再生放大器中的脈沖選擇器，也可進(jìn)一步拓展至偏振激光雷達(dá)、光量子計算等前沿領(lǐng)域。

該成果不僅為高能量、高重頻激光器的研發(fā)提供了技術(shù)路徑，也將為我國未來星載激光雷達(dá)等重大任務(wù)的實現(xiàn)奠定技術(shù)基礎(chǔ)，助力相關(guān)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新與升級。

博士生陳金信為論文第一作者，張?zhí)焓嫜芯繂T與孫新會助理研究員為論文共同通訊作者。

審核編輯 黃宇