江海河研究员课题组在中红外激光高效率铌酸锂声光调Q技术上取得进展

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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。

　　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

　　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)。
　　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，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。
　　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。
　　文章链接：https://doi.org/10.1364/OL.477264


        文章来源：合肥研究院
        江海河，男，1961年出生，籍贯安徽桐城，研究员，博士生导师，中国科学院合肥物质科学研究院副院长，兼中国科学技术大学副校长。
　　1979至1983年在华北电力学院应用数理班本科学习，毕业获理学学士。1983至1988年在长江水文中专学校任教。1988至1991在中科院安徽光机所从事光学专业研究生学习，毕业获理学硕士学位，后留所从事激光物理与技术研究工作。1998任中科院安徽光机所科研处副处长，1999任中科院安徽光机所科研处处长，2002任中科院合肥研究院科研规划处处长，2009年任中科院合肥研究院院长助理兼科研规划处处长，2012年兼任中科院合肥物质科学中心副主任，2012年兼任中科院合肥研究院医学物理与技术中心主任。
　　长期从事激光技术与应用研究工作，在中红外固体激光技术以及激光加工技术、激光医疗技术应用等方面开展了创新性研究，曾主持和参加6项国家自然科学基金课题，多项科技部和中国科学院科研项目，培养研究生十多名，获发明专利十多件，在国内外期刊上发表学术论文70余篇。曾获1991年度中科院大恒光学特别奖和1998年中国科学院自然科学三等奖。2000年获中科院优秀管理奖。
　　目前主要学术兼职：中国光学学会理事、中国光学学会激光加工专业委员会委员、中国光学学会环境光学专业委员会委员、中国科学院科技政策与管理研究会理事、安徽省政府参事室特约研究员。