中國科學院合肥物質科學研究院（HFIPS）安徽光機所孫敦陸研究員領導的研究團隊采用 Czchralski（Cz）方法成功合成了新型中紅外 Ho,Pr:YAP 和 Er:YGGAG 晶體，并通過熱鍵合技術提高了激光二極管（LD）側泵 Er:YSGG 晶體的連續激光器性能。相關研究成果發表在Optics Express期刊上。

圖1 978 nm LD側泵YSGG/Er:YSGG/YSGG激光器示意圖

2.7~3 μm中紅外激光器位于水分子的強吸收波段，在生物醫學、光學遙感和非線性光學等領域具有廣泛的應用前景。在最近的一項研究中，研究人員找到了一種使激光器更強、更高效的方法。通過調整激光材料中的成分，他們發現激光的性能可以得到改善。具體來說，是增加了一種Ho3?離子成分的濃度，并添加了適量的另一種Pr3?離子成分。

這種調整有助于抑制 "自終止效應"，從而提高激光的運行效率。利用Cz 方法，研究人員培育出了一種新型的Ho,Pr:YAP晶體，可在3 μm左右發射激光。與老式的Ho:YAP激光器相比，這是一項重大改進，因為它開始工作所需的泵浦功率更低，輸出激光的效率更高。

此外，研究人員還發現，通過將適量的Gd3?和Ga3?離子共摻雜到YAG晶體中，晶體的無序性會增加，從而導致中紅外區域的寬發射。利用Cz方法生長出了一種新的Er:YGGAG晶體，從而實現了2.8 μm的中紅外可調諧超短激光。

為了解決連續激光輸出的限制，研究人員還開發了一種熱鍵合技術。通過將未摻雜的YSGG晶體與另一塊Er:YSGG晶體的兩個端面粘合在一起，成功地降低了"熱效應"。這使得激光性能大大提高，最大輸出功率達到28.02 W。

圖2 LD側泵Er:YSGG 和 YSGG/Er:YSGG/YSGG復合晶體棒的熱焦距實驗值和理論值與泵浦功率的函數關系

圖3 978 nm LD側泵YSGG/Er:YSGG/YSGG復合晶體棒的激光光譜

圖4 LD側泵YSGG/Er:YSGG/YSGG復合晶體棒的光束直徑與傳播距離的函數關系以及束腰處附近的激光光斑圖像

這項研究為開發全固態中紅外激光器奠定了材料基礎，并為設計和開發新型高效中紅外激光器增益材料提供了參考。