近日，中国科学院合肥物质研究院安光研究所孙敦陆研究员研究小组在2.7~3微米波段红外晶体制备和激光性能研究方面取得了一系列新进展，相关研究成果分别基于《Ho,Pr:YAP晶体的热学、光谱和~3微米连续激光性能、《Er:YGGAG晶体的结构、光谱和激光性能以及LD侧泵YSG/Er:YSGG以28.02瓦2.8微米连续激光为题发表在光学领域的国际知名期刊Optics Express，第一作者是乔阳博士、陈玉威博士、张会丽副研究员。
红外激光在2.7~3微米处于水分子的强吸收带中，在生物医学、光学遥感、非线性光学等领域具有广阔的应用前景。稀土离子Ho3 在3微米附近的波段中，红外激光可以通过5I6到5I7的辐射跳跃产生。然而，Ho3 激光下能级5I7荧光寿命长，容易产生自终止效应，不利于激光上下能级之间的粒子数反转。针对这一问题，我们提出提高激活离子Ho3 混合浓度与适量能级耦合离子Pr3混合 为了降低Ho3，(钯离子) 能级寿命在激光下，抑制自终止效应。采用熔体提拉法，成功生长4 at.% Ho3 、0.1 at.% Pr3 结合YAP晶体，系统研究了晶体结构、晶体质量、热学、光谱及其激光性能。由于离子Pr3的退出激活 激光下能级的使用寿命由5.391毫秒降至1.121毫秒，同时激光上能级的使用寿命变化较小，表明共掺Pr3 能有效抑制自终止效应，有利于降低激光阈值，提高激光性能。Ho采用1150纳米拉曼光纤激光器端面泵，Pr:YAP晶体连续激光输出最大平均功率为502毫瓦~3微米，相应斜效率为6.3%。与Ho:与YAP晶体相比，其激光阈值降低，最大输出功率和效率提高。
目前，LD泵浦Er:YSGG晶体的中红外脉冲激光高达数十瓦，而连续激光输出功率仅为瓦级，连续LD侧泵有望进一步提高连续激光输出功率。由于激光增益介质在激光运行过程中会产生温度梯度，导致各种热效应，限制了激光输出功率和效率的提高。我们通过Er:为了提高热效应，YSGG晶体棒的两端结合了高热导率的未掺杂YSGG晶体作为端帽。YSG/978纳米LD侧泵Er:YSGG/YSGG键合晶体实现最大平均功率28.02瓦~2.8微米连续激光输出，是目前报道的氧化物晶体中最大功率~2.8微米连续激光输出，相应的斜效率和光转换效率分别为17.55%和12.29%。其最大功率和倾斜效率高于同一泵浦条件下未键合Er:YSGG晶体，表明键合能有效提高热效应，提高激光性能。实验测试和理论计算LD侧泵浦未键合Er:YSGG晶体和YSGG/Er:YSGG不同泵浦功率下YSGG键合晶体的热焦距，结果表明，YSGG/Er:YSGG/YSGG键合晶体更适合在高泵浦功率下工作。
国家自然科学基金、替代专项、安徽自然科学基金、合肥物质学院院长基金支持上述研究工作。