中科院空天院实现全固态光泵浦的高气压CO2激光放大器

近日，中国科学院空天信息创新研究院（空天院）激光工程技术研究中心的长波激光技术团队在全固态光泵浦的高气压CO2激光放大器研制方面取得新进展。

高气压CO2放大器具有长波红外波段连续、宽增益谱放大的技术特征，是飞秒脉冲长波红外激光功率/能量放大、连续调谐窄带长波激光功率放大的关键器件，在强场激光物理（如激光尾流场加速、激光诱导等离子体极紫外光产生等）领域具有重要应用。

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图1.装置示意图及能级图

传统高气压CO2放大器采用直流电激励，通常需要数万伏的高压脉冲以实现高气压辉光放电，重复频率通常在20Hz以下，影响等离子体产生的效率。全固态光泵浦高气压CO2放大器摆脱了气体放电所需的数万伏高压，具有结构紧凑、工作气压高的特点，同时重复频率也有望达到kHz级别，是目前强场激光物理中激光光源的重要发展方向之一。

基于此，空天院研究团队研制出国内首个全固态光泵浦高气压CO2放大器，同时将光泵浦高气压CO2激光的最高重复频率记录由20Hz提高至100Hz。

研究团队采用中心波长2.75μm、脉冲宽度22.1ns、重复频率100Hz的ZGP-OPO激光光束泵浦100mm长的CO2气室，研究全固态光泵浦过程中的CO2激光放大特性，获得了1.17%cm-1@10.28μm的小信号增益系数，最高工作气压8.0atm，表明该放大器具有良好的长波激光增益放大特性。研究团队还发现高功率密度泵浦下长波激光的双光子调制现象，揭示了光泵浦高气压CO2激光的能级跃迁动力学过程。

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图2.长波红外光的调制波形随泵浦光和气室气压的变化关系

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图3.不同气室气压下的长波红外光（@10.28μm）放大情况

该项成果“Fast modulation of a long-wave infrared laser based on the two-photon absorption of CO2”发表于Nature Index自然指数收录期刊《Applied Physics Letter》。第一作者是空天院硕士研究生谢贞贞，通信作者是空天院副研究员李志永。该成果得到了中国科学院前瞻战略科技先导专项和中国科学院仪器设备研制项目的资助。

论文链接：https://doi.org/10.1063/5.0242976