在發(fā)表于《Optics Express》的一項研究中，中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機械研究所（XIOPM）付玉喜教授領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊首次研制出室溫?fù)解€氟化釔鋰（Ho:YLF）復(fù)合薄片激光器，可實現(xiàn)高效率、高質(zhì)量的連續(xù)波激光輸出。

工作在 2μm 光譜范圍內(nèi)的激光器因其對眼睛的安全性、水對其的高吸收率和低大氣衰減而備受推崇。傳統(tǒng)的 2μm 激光器通常需要低溫冷卻來控制熱效應(yīng)，這增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性和成本，并限制了其在緊湊型、空間受限和移動平臺中的應(yīng)用。因此，開發(fā)高功率室溫 2μm 激光器已成為一個重要的研究方向。

表 1：2μm 區(qū)域薄片激光器概覽。資料來源：Bingying Lei, Liyi Zhang, Sen Yang 等人，《Near diffraction-limited in-band pumped Ho:YLF composite thin disk laser at 2 μm》，《Optics Express》（2025）。

在這項研究中，研究人員開發(fā)了一種基于 Ho:YLF 的新型復(fù)合薄片結(jié)構(gòu)。通過將 2 at. % 摻雜的 Ho:YLF 晶體與未摻雜的 YLF 覆蓋層結(jié)合在一起，顯著提高了晶體的機械堅固性，同時有效抑制了自發(fā)輻射的放大效應(yīng)，從而增強了激光輸出的穩(wěn)定性。

圖 1：Ho:YLF 復(fù)合薄片晶體示意圖。(a) Ho:YLF 復(fù)合薄片的 3D 示意圖。(b) 焊接到 SiC 散熱器上的 Ho:YLF 復(fù)合薄片照片。(c) Ho:YLF 復(fù)合薄片沿泵浦光傳播方向的橫截面圖。資料來源：Bingying Lei, Liyi Zhang, Sen Yang 等人，《Near diffraction-limited in-band pumped Ho:YLF composite thin disk laser at 2 μm》，《Optics Express》（2025）。

此外，研究人員還優(yōu)化了光學(xué)泵浦系統(tǒng)，采用了具有 12 個泵浦周期的多通道配置，并結(jié)合了高效的熱管理策略。這種方法不僅確保了高功率輸出，還最大限度地降低了熱透鏡效應(yīng)，從而獲得了卓越的光束質(zhì)量。

圖 2：Ho:YLF 薄片激光器示意圖。(a) 基于 12 路泵浦模塊的薄片激光器 3D 示意圖。(b) 實驗裝置圖，顯示帶有水冷散熱器的復(fù)合薄片激光頭。資料來源：Bingying Lei, Liyi Zhang, Sen Yang 等人，《Near diffraction-limited in-band pumped Ho:YLF composite thin disk laser at 2 μm》，《Optics Express》（2025）。

實驗結(jié)果表明，當(dāng)激光器由直徑為 1.8mm 的 1940nm 摻銩光纖激光器泵浦時，峰值輸出功率達(dá)到 26.5W，光效率為 38.1%，斜率效率為 42.0%。光束質(zhì)量幾乎達(dá)到衍射極限，功率穩(wěn)定性的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差僅為 0.35% 。

圖 3：室溫下 2 at.% 摻雜 Ho:YLF 晶體的吸收和發(fā)射截面。資料來源：Bingying Lei, Liyi Zhang, Sen Yang 等人，《Near diffraction-limited in-band pumped Ho:YLF composite thin disk laser at 2 μm》，《Optics Express》（2025）。

圖 4. 使用 3% 透射率 OC 測量的 Ho:YLF 薄片激光器輸出功率。資料來源：Bingying Lei, Liyi Zhang, Sen Yang 等人，《Near diffraction-limited in-band pumped Ho:YLF composite thin disk laser at 2 μm》，《Optics Express》（2025）。

圖 5：(a) 摻銩光纖激光器泵浦和 (b) CW 發(fā)射的室溫光譜。虛線表示 Ho:YLF 晶體的吸收截面和發(fā)射截面。每個光譜代表五次測量的平均值。資料來源：Bingying Lei, Liyi Zhang, Sen Yang 等人，《Near diffraction-limited in-band pumped Ho:YLF composite thin disk laser at 2 μm》，《Optics Express》（2025）。

圖 6：輸出光束質(zhì)量。(a) 26W 輸出光束質(zhì)量的 M² 測量。(b) 不同距離（L = -200mm、0mm、100mm 和300mm）下的光束輪廓。資料來源：Bingying Lei, Liyi Zhang, Sen Yang 等人，《Near diffraction-limited in-band pumped Ho:YLF composite thin disk laser at 2 μm》，《Optics Express》（2025）。

付教授說：“這項工作為開發(fā)結(jié)構(gòu)緊湊、經(jīng)濟高效的高功率 2μm 激光器鋪平了道路，該激光器有可能達(dá)到 100W 水平，推動超快激光科學(xué)的發(fā)展。它還為開發(fā)高功率和便攜式紅外激光系統(tǒng)提供了一種新方法?！?/p>