【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，晶體材料全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室于浩海、梁飛教授團(tuán)隊(duì)在聲子耦合激光晶體和黃光激光技術(shù)領(lǐng)域取得重要進(jìn)展，提出了熱驅(qū)動(dòng)聲子調(diào)控激光設(shè)計(jì)策略，發(fā)明了高集成聲子耦合激光倍頻技術(shù)，首次在Nd:YAG晶體中實(shí)現(xiàn)了575.5–583 nm連續(xù)波黃光激光，為解決全固態(tài)激光“黃光鴻溝”難題提供了簡(jiǎn)單可行的方案，具有重要的科學(xué)意義和實(shí)用價(jià)值。相關(guān)研究成果以“Phonon engineering in Nd3+-doped garnet lasers: filling the yellow gap and boosting fluorochrome excitation”為題，在線發(fā)表于國(guó)際期刊Advanced Photonics(IF：18.8)。論文第一作者為山東大學(xué)2022級(jí)博士研究生郝鴻，通訊作者為梁飛教授、于浩海教授和張懷金教授，山東大學(xué)為獨(dú)立完成單位。
570–590 nm黃光激光位于人眼視覺(jué)敏感區(qū)，在醫(yī)療診斷、天文觀測(cè)和精密儀器等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用價(jià)值。基于“激光輻射+非線性倍頻”方案，綠光和紫外激光已基本滿足需求，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。但受限于釹離子(Nd³?)和鐿離子(Yb3+)摻雜晶體的本征電子能級(jí)，商品化激光晶體在1140–1180 nm光譜范圍內(nèi)缺乏高效電子躍遷，無(wú)法通過(guò)倍頻實(shí)現(xiàn)黃光激光，被學(xué)界公認(rèn)為“黃光鴻溝”。為了獲得黃光激光，通常采用非線性和頻、受激拉曼等技術(shù)，需要多種不同功能的晶體協(xié)同工作，導(dǎo)致激光器裝置復(fù)雜、調(diào)節(jié)困難，限制了產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。因此，探索一種簡(jiǎn)單高效的新型激光輻射原理，簡(jiǎn)化黃光激光產(chǎn)生方案，具有重要意義。
本工作從固體物理和激光物理的基本原理出發(fā)，提出了一種聲子耦合激光設(shè)計(jì)策略，通過(guò)調(diào)控電子躍遷與晶格振動(dòng)的耦合效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)新波長(zhǎng)激光。以商品化的Nd:YAG晶體為例，Nd3+離子占據(jù)具有D2對(duì)稱性的Y3+位點(diǎn)，理論上允許電子躍遷與所有對(duì)稱性的聲子模式發(fā)生耦合，從而改變能量傳遞過(guò)程。當(dāng)熱激發(fā)提供充足的聲子時(shí)，處于激光上能級(jí)底部的電子可吸收聲子能量躍遷至更高的聲子能級(jí)，然后向下躍遷并輻射出新頻率光子，從而實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)拓展。基于該原理，研究團(tuán)隊(duì)首次在Nd:YAG晶體中實(shí)現(xiàn)連續(xù)波黃光激光，波長(zhǎng)575.5-583 nm，填補(bǔ)了全固態(tài)激光“黃光鴻溝”。利用晶格振動(dòng)與溫度正相關(guān)的特點(diǎn)，黃光激光表現(xiàn)出反常的溫度特性，在高溫下輸出功率不降反升，最高功率達(dá)到75 mW，滿足了流式細(xì)胞檢測(cè)的應(yīng)用需求。測(cè)試結(jié)果表明，同等功率583nm黃光激光對(duì)AF-594熒光染料的激發(fā)效率相比綠光激光器顯著提升。聲子耦合黃光激光技術(shù)僅需一塊激光晶體和一塊倍頻晶體，與商品化532 nm綠光激光器的設(shè)計(jì)方案完全相同，極大簡(jiǎn)化了諧振腔結(jié)構(gòu)，為研制高集成黃光激光器提供了技術(shù)支撐，具有重要的實(shí)用價(jià)值。
相關(guān)研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、山東大學(xué)杰出中青年學(xué)者和晶體材料全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的資助和支持。
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