科学岛团队在中红外激光高效率铌酸锂声光调Q技术上取得进展

近日，中科院合肥研究院健康所医用激光技术实验室江海河研究员课题组与中电科集团合作，在中红外波段声光调Q技术研究方面取得重要进展：首次实现了铌酸锂 （LiNbO₃） 晶体声光开关及其在2.79 μm Er，Cr:YSGG激光器中的高效率调Q输出。相关成果已在国际光学期刊Optics Letters上发表。

声光调制器作为调Q开关广泛的应用于激光器来获得高重频、窄脉宽激光输出。虽然3 μm波段的几种声光Q开关已取得初步成果，但其中声光介质和换能器通常是不同的材料，这对器件的制作工艺提出了较高的要求，也增加了超声传播过程中的能量损失。因此，用声光介质和换能器相同的材料制作的性能优良、制作工艺简单的调制器是必要的。

铌酸锂晶体是一种传统的多功能晶体。近年来，极低光学损耗、光电功能丰富的铌酸锂薄膜光子学器件得到了迅速发展，铌酸锂有望在集成光子学领域替代硅材料，为突破通信领域功耗大、速度慢的瓶颈性问题提供解决方案。自1937年发现铌酸锂晶体以来，虽然它具有良好的声光特性，长期以来都被作为换能器材料，但是一直未能实现块状晶体的激光声光调Q开关。本研究实现了声光介质和换能器同质和一体化，即能简化制作工艺，降低辅助成本，也能降低超声能量的损失，使得铌酸锂声光Q开关的衍射效率达到57％（图1），且铌酸锂晶体具有较高的抗损伤阈值（＞200 MW／cm²）。

图1．铌酸锂声光Q开关的衍射效率随驱动功率的变化曲线

自主研制的2.79 μm Er，Cr:YSGG声光调Q激光器验证了所设计的铌酸锂声光Q开关具有良好的声光调Q性能 （图2），在50 Hz的高重复频率下得到了脉冲能量为17.6 mJ、脉冲宽度为55.2 ns、峰值功率为319 kW的激光输出，研制的Er，Cr:YSGG铌酸锂声光调Q激光器能够实现稳定的、高峰值功率的激光输出。

图2．PRF＝50 Hz时，脉冲能量、脉冲宽度随泵浦能量的变化曲线

本研究表明，铌酸锂晶体具有较高的衍射效率、较高的抗损伤阈值和良好的声光调Q性能，是3－5μm中红外波段高功率激光器的新型声光开关。同时，本研究为探索同质材料直接键合成为一体化声光器件的可能性迈进了一步。