飛秒激光直寫技術(shù)在Tm,Ho:YLF晶體中制造的熔覆波導(dǎo)激光器研究進(jìn)展

    在光學(xué)前沿領(lǐng)域，一項(xiàng)突破性的研究成功實(shí)現(xiàn)了基于飛秒激光直寫技術(shù)的Tm,Ho:YLF（摻銩、鈥的YLF晶體）熔覆波導(dǎo)激光器。這項(xiàng)研究不僅展示了飛秒激光直寫技術(shù)在制造中紅外激光器方面的潛力，還為現(xiàn)場集成光子學(xué)中小型化光子器件的構(gòu)建提供了新的可能性。

    一、研究背景與意義

    Tm,Ho:YLF因其低光子能量、5I7長壽命和高導(dǎo)熱性等優(yōu)異性能，被認(rèn)為是Ho3+激光器的有前景的候選宿主。特別是在2μm以上的發(fā)射光譜區(qū)域，屬于眼睛安全的光譜區(qū)域，具有巨大的市場潛力，尤其是在遙感、風(fēng)測繪、相干光探測和測距以及光通信等領(lǐng)域。

    二、研究內(nèi)容與成果

    Bai等人通過飛秒激光直寫技術(shù)，在6at.%Tm3+,0.4at.%Ho3+LiYF4晶體中制備了直徑為90μm的“類光纖”低折射率包層的信道波導(dǎo)。該波導(dǎo)由795.1nm的鈦寶石激光器泵浦，支持2050nm的高效激光振蕩，最大輸出功率為47.5mW，最小激光閾值為181mW，斜率效率為20.1%。這一成果發(fā)表在《OpticsLetters》上，標(biāo)志著飛秒激光直寫技術(shù)在制造耐用中紅外激光器方面的巨大潛力。

    三、技術(shù)細(xì)節(jié)

    研究中使用的晶體長度為5.9mm，所有晶面均拋光至光學(xué)級(jí)，無涂層。通過峰值能量為0.249μJ、脈沖持續(xù)時(shí)間為100fs、重復(fù)率為1kHz的激光在晶體表面下方142μm的深度加工直徑為50μm和90μm的包層波導(dǎo)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，飛秒激光直寫處理引起的晶格變化主要位于改性區(qū)域，而在波導(dǎo)芯區(qū)域，原始的激光發(fā)射和材料特性得到了很好的保留。

    四、激光性能與優(yōu)化

    在795nm泵浦條件下，研究團(tuán)隊(duì)得到了一個(gè)工作在2050nm的單波長激光器，斜率效率為20.1%，激光閾值為181mW。研究人員還研究了腔條件和泵浦光偏振對(duì)所獲得的激光性能的影響。為了進(jìn)一步提高激光效率，研究團(tuán)隊(duì)計(jì)劃通過在波導(dǎo)末端直接鍍膜介電鏡來改善晶體波導(dǎo)的反射情況，這已在平面波導(dǎo)激光器中使用，也可能提高激光器的光束質(zhì)量。

    五、未來展望

    通過優(yōu)化增益介質(zhì)的長度以及輸出耦合器的透射率，有望提高激光器的整體性能。此外，探索使用相對(duì)較大的波導(dǎo)可能會(huì)提高激光器性能，因?yàn)樗鼈兲峁┝俗吭降纳崮芰Γ瑫r(shí)將泵浦激光器限制在相對(duì)緊湊的區(qū)域內(nèi)。引入冷卻系統(tǒng)后，預(yù)計(jì)激光性能會(huì)更好。最后，雖然大型可調(diào)諧摻鈦Sapphire激光系統(tǒng)被證明適用于實(shí)驗(yàn)，但在未來的應(yīng)用中，發(fā)射800nm左右光的半導(dǎo)體激光管可能會(huì)提供更緊湊的裝置且可能具有優(yōu)勢(shì)。

    這項(xiàng)研究不僅在技術(shù)上取得了突破，也為光學(xué)前沿領(lǐng)域帶來了新的研究方向和應(yīng)用前景。隨著技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和優(yōu)化，Tm,Ho:YLF包殼波導(dǎo)激光設(shè)備有望在多個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，特別是在需要小型化、高性能激光器的應(yīng)用中。