近期，中國科學院上海光學精密機械研究所空天激光技術與系統部研究團隊在窄脈寬大能量中紅外激光研究方面取得了新的進展。相關研究成果以“A 71 mJ, 300 Hz mid-infrared source based on ZnGeP2 MOPA system”為題發表于Infrared Physics and Technology。

窄脈寬大能量3~5 μm中紅外激光在大氣探測、主動遙感等眾多領域具有重要的應用價值。在高重頻下，獲得窄脈寬大能量中波紅外激光輸出并同時保持良好的光束質量面臨較大的挑戰。此前報道的高重頻下全固態中紅外激光單脈沖能量最大值為52 mJ，但其光束質量M2=10，結果不夠理想。因此，高重頻大能量下的中紅外激光光束質量優化仍有進一步研究的必要。

圖1 窄脈寬大能量中波紅外激光器裝置結構圖

在該項工作中，研究人員采用Ho:YAG-MOPA系統，在重復頻率300 Hz下獲得了單脈沖能量138.3 mJ，光束質量M2＜1.4的2 μm激光輸出，為中紅外ZGP-MOPA系統提供了高光束質量大能量泵浦源。為避免光學器件損傷風險并保證良好的光束質量，研究人員采用ZGP-OPO與兩級ZGP-OPA相結合的實驗結構。在重復頻率300 Hz下，獲得了脈沖寬度＜15 ns、單脈沖能量為71 mJ的中紅外激光輸出，3~5 μm整體光束質量M2＜4。該工作實現了窄脈寬、大能量、高光束質量的中紅外激光輸出，這對其后續發展和應用具有重要意義。

圖2 ZGP-OPA二級輸出單脈沖能量和脈沖寬度

圖3  ZGP-OPA二級輸出光束質量

來源：中國科學院上海光機所

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