超低量子虧損泵浦雷射特性研究

《超低量子虧損泵浦雷射特性研究》是依託中國科學院理化技術研究所，由宗楠擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：超低量子虧損泵浦雷射特性研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：宗楠
• 依託單位：中國科學院理化技術研究所

項目摘要

雷射技術是具有戰略性、全局性和帶動性的國家戰略支撐技術，將在國民經濟發展、科技前沿研究、國防裝備建設中發揮不可取代的重大引領帶動作用，而其重要發展方向——高功率率固體雷射是目前急需發展的高新技術，亟待解決同時實現高功率與高光束質量雷射輸出的關鍵核心問題，需從根本上提高效率和降低熱效應。超低量子虧損泵浦技術（即將粒子直接泵浦到雷射上能級，並使雷射下能級與基態處於同一能帶的不同Stark分裂精細能級），可從根本上提高雷射系統效率和減少產生的廢熱，從而解決制約高功率雷射性能提升的瓶頸難題。根據前期低量子虧損泵浦研究和大量雷射材料表征評估經驗，超低量子虧損泵浦技術與自激活晶體材料高摻雜優勢相結合，可獲得量子虧損極低（幾乎為0）的雷射輸出，這將十分有利於提高高功率固體雷射的效率，極大降低系統廢熱，改善熱效應，同時提高雷射熱損傷閾值，解決高功率雷射同時實現高效、高功率、高光束質量輸出的關鍵核心問題。

結題摘要

雷射技術是具有戰略性、全局性和帶動性的國家戰略支撐技術，在國民經濟發展、科技前沿研究、國防裝備建設中發揮著不可取代的重大引領帶動作用，而其重要發展方向——高功率固體雷射是目前急需發展的高新技術，亟待解決同時實現高功率與高光束質量雷射輸出的關鍵核心問題，需從根本上提高效率和降低熱效應。低/超低量子虧損泵浦技術可從根本上提高雷射系統效率和減少產生的廢熱，從而解決制約高功率雷射性能提升的瓶頸難題。本項目主要進行了超低量子虧損泵浦雷射特性研究。以自激活晶體為研究對象，建立了超低量子虧損泵浦模型，深入分析了NAB晶體能級精細結構，模擬了904nm泵浦條件下，908nm雷射輸出特性，理論研究了泵浦功率密度等因素對雷射效率、功率等輸出特性的影響；測量了NAB晶體和NPP晶體的偏振吸收特性，研究了NAB晶體在885nm和808nm不同波長LD泵浦下的螢光特性；採用904nm LD端面泵浦NAB晶體，在室溫下獲得了0.3W的超低量子虧損泵浦雷射輸出。以目前光機特性最優良、使用最廣泛的全固態雷射增益材料Nd:YAG晶體為研究對象，最佳化泵浦結構及參數，研究了不同溫度下，885nm超低量子虧損泵浦Nd:YAG晶體946nm雷射輸出隨溫度的變化特性，在210K時獲得了最大平均功率165mW的雷射輸出，相比於常溫下斜效率提高了71%。低/超低量子虧損泵浦技術十分有利於提高大功率固體雷射的效率，極大降低系統廢熱，改善熱效應，同時提高雷射熱損傷閾值，解決高功率雷射同時實現高效、高功率、高光束質量輸出的關鍵核心問題。