近期，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)院安光所張?zhí)焓嫜芯繂T團(tuán)隊(duì)，在全固態(tài)連續(xù)單頻激光技術(shù)研究方面取得新進(jìn)展，相關(guān)成果發(fā)表在國際知名光學(xué)領(lǐng)域TOP期刊《光學(xué)和激光技術(shù)》上。

團(tuán)隊(duì)基于四鏡環(huán)形腔采用單端LD泵浦Nd:YVO₄（摻釹釩酸釔）晶體輸出1064納米連續(xù)單頻激光，并結(jié)合碘分子鎖頻技術(shù)實(shí)現(xiàn)了輸出激光頻率鎖定控制。研究成果有望成為大氣污染和溫室氣體探測等環(huán)境監(jiān)測儀器設(shè)備的核心器件，為大氣環(huán)境保護(hù)和氣候變化研究提供有力支持。

激光器的單頻特性，可以將其作為環(huán)境監(jiān)測儀器設(shè)備激光源的核心組件，用于大氣揮發(fā)性有機(jī)物、大氣風(fēng)場、臨近空間等探測。連續(xù)單頻激光器還廣泛應(yīng)用于激光放大器、引力波探測、量子光學(xué)等各個(gè)領(lǐng)域，單頻激光技術(shù)的進(jìn)步也極大地促進(jìn)了大氣遙感的發(fā)展。這些應(yīng)用除了要求激光器為單頻輸出，對激光頻率穩(wěn)定性也有嚴(yán)格需求。然而，現(xiàn)有的半導(dǎo)體激光器、光纖激光器等在環(huán)境適應(yīng)性方面存在不足，難以滿足高要求的應(yīng)用場景。

研究團(tuán)隊(duì)采用了環(huán)形諧振腔結(jié)構(gòu)結(jié)合碘分子吸收頻率鎖定技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了單頻激光的頻率長期穩(wěn)定性。該技術(shù)通過將激光頻率鎖定在碘分子特定吸收譜線的側(cè)翼，利用反饋控制調(diào)整諧振腔的長度，實(shí)現(xiàn)了激光頻率的高精度穩(wěn)定。結(jié)果顯示：激光器輸出激光光束質(zhì)量優(yōu)異，M²因子分別在1.05（水平方向）和1.19（豎直方向），表明其具有良好的空間分布特性；輸出激光線寬小于10兆赫茲，顯示出良好的單頻特性；自由運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下，一定時(shí)間內(nèi)激光器頻漂超過了200兆赫茲。而鎖定狀態(tài)下，激光器連續(xù)運(yùn)行7小時(shí)頻漂控制在±4兆赫茲以內(nèi)，顯著提高了頻率穩(wěn)定性。另外，為了適應(yīng)未來的設(shè)備集成，激光器小型化、穩(wěn)定性等需求，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)單頻激光器基于光機(jī)熱電耦合的工程化設(shè)計(jì)與激光器系統(tǒng)搭建。

劉盼助理研究員、吳亞軍博士研究生為論文第一作者，張?zhí)焓嫜芯繂T為論文通訊作者。該研究得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目的資助。

論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0030399225007157

圖 1 全固態(tài)單頻連續(xù)1064nm激光器示意圖

圖 2 激光器線寬特性與鎖定控制頻率穩(wěn)定性

圖 3 激光器系統(tǒng)外觀與內(nèi)部布局實(shí)物圖