近期，中国科学院上海光学精密机械研究所空天激光技术与系统部研究团队在窄脉宽大能量中红外激光研究方面取得了新的进展。相关研究成果以“A 71 mJ, 300 Hz mid-infrared source based on ZnGeP2 MOPA system”为题发表于Infrared Physics and Technology。

窄脉宽大能量3~5 μm中红外激光在大气探测、主动遥感等众多领域具有重要的应用价值。在高重频下，获得窄脉宽大能量中波红外激光输出并同时保持良好的光束质量面临较大的挑战。此前报道的高重频下全固态中红外激光单脉冲能量最大值为52 mJ，但其光束质量M2=10，结果不够理想。因此，高重频大能量下的中红外激光光束质量优化仍有进一步研究的必要。

图1 窄脉宽大能量中波红外激光器装置结构图

在该项工作中，研究人员采用Ho:YAG-MOPA系统，在重复频率300 Hz下获得了单脉冲能量138.3 mJ，光束质量M2＜1.4的2 μm激光输出，为中红外ZGP-MOPA系统提供了高光束质量大能量泵浦源。为避免光学器件损伤风险并保证良好的光束质量，研究人员采用ZGP-OPO与两级ZGP-OPA相结合的实验结构。在重复频率300 Hz下，获得了脉冲宽度＜15 ns、单脉冲能量为71 mJ的中红外激光输出，3~5 μm整体光束质量M2＜4。该工作实现了窄脉宽、大能量、高光束质量的中红外激光输出，这对其后续发展和应用具有重要意义。

图2 ZGP-OPA二级输出单脉冲能量和脉冲宽度

图3  ZGP-OPA二级输出光束质量

来源：中国科学院上海光机所

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