近期，中國科學院合肥物質院安光所孫敦陸研究員課題組在2μm（微米）Tm:YAP激光性能提升方面取得新進展，團隊采用單端泵浦四種不同類型的Tm:YAP晶體棒，并在鍵合凹端面Tm:YAP晶體棒中實現了最優的激光性能輸出，相關成果以《采用熱鍵合與凹端面提升LD端面泵浦Tm:YAP的激光性能》為題發表在在光學領域國際知名期刊Optics Express上。

~ 2μm波段的近紅外激光器在外科醫學、激光雷達和科學研究等領域發揮著重要作用。利用商用795 nm（納米）激光器可將Tm³⁺摻雜的晶體直接泵浦至激光上能級，并且基于³F₄→³H₆能級躍遷產生~ 2 μm激光。對于Tm:YAP而言，端面泵浦是獲得高功率連續激光的有效方式。但在高泵浦功率下，晶體棒內部的熱分布不均勻和嚴重的熱透鏡效應限制了激光輸出功率和光束質量的提升。目前，已有很多種方法來減輕或補償晶體熱效應，包括：采用雙端泵浦，調整諧振腔結構，采用熱鍵合及加入額外的腔內元件。

而本工作首次將熱鍵合與凹端面加工的方式運用到Tm:YAP晶體棒上，并制備了平平面Tm:YAP晶體，平平面YAP/Tm:YAP/YAP鍵合晶體，凹端面 Tm:YAP晶體和凹端面 YAP/Tm:YAP/YAP鍵合晶體四種不同類型的晶體棒。利用單端泵浦的方式對比了各晶體棒的激光性能。實驗結果表明：1）采用YAP基質晶體作為鍵合端帽有利于提高散熱能力，且凹端面加工有效補償熱透鏡效應。2）與平平面Tm:YAP晶體棒相比，凹端面 YAP/Tm:YAP/YAP鍵合晶體棒將最大輸出功率從36.56 W提高到42.5 W，且激光斜效率和光光轉換效率均提升了約4%。3）在較高泵浦功率和長時間工作下，平平面Tm:YAP晶體棒會出現裂紋破損，而熱鍵合與凹端面加工的YAP/Tm:YAP/YAP 晶體棒卻沒有出現開裂跡象。4）相較于其他晶體棒，凹端面 YAP/Tm:YAP/YAP鍵合晶體棒獲得了最小的M²因子，表明其輸出的激光光束質量較好。

綜上所述，熱鍵合與凹端面相結合可以有效提高Tm:YAP激光器的散熱能力，改善熱透鏡效應，有利于獲得高性能的近紅外激光輸出。

該研究工作得到了國家自然科學基金、安徽省自然科學基金、中央高校基本科研業務費專項資金等項目的資助。

論文鏈接：https://opg.optica.org/oe/fulltext.cfm?uri=oe-32-17-29526&id=554145

圖1. 端面泵浦四種晶體棒的實驗裝置圖

表1.?端面泵浦四種晶體棒的激光實驗數據

圖2. 四種晶體棒在最佳條件下的激光性能對比