近期，中国科学院合肥物质院安光所孙敦陆研究员课题组在2.8 µm（微米）中红外Er:SGGG晶体制备及激光性能研究方面取得一系列新进展，相关成果先后以《Er:SGGG晶体的结构、光谱与激光性能研究》、《基于双端泵浦结构的Er:SGGG晶体热学与激光性能研究》、《键合与泵浦结构对Er:SGGG在2.8 µm连续激光的影响》为题，分别发表在光学领域国际知名期刊Optics and Laser Technology（《光学与激光技术》）、Infrared Physics and Technology（《红外物理与技术》）、Optics Express（《光学快报》）上。

2.8 µm波段的中红外激光因其位于水分子的吸收波段，在生物医疗、光学遥感及非线性光学等领域具有重要的应用价值。借助商业化的~970 nm（纳米）激光器可将Er³⁺掺杂的晶体直接泵浦至激光上能级，并且基于⁴I_11/2→⁴I_13/2能级跃迁产生~ 2.8 µm激光。在石榴石结构晶体中， SGGG的混晶特性有利于激活离子吸收和荧光光谱的非均匀展宽。基于此，研究团队采用提拉法首次成功制备了30 at.% Er:SGGG晶体，其在~970 nm左右的吸收带宽达19 nm。通过~970 nm左右的激光二极管（LD）单端面泵浦，在400赫兹重频，300微秒的条件下，Er:SGGG晶体实现了最大输出功率为404毫瓦的2.8 µm脉冲激光输出，对应的斜效率为15.6%。

为了提升Er:SGGG激光晶体的连续激光功率以满足应用需求，团队设计了双端泵浦结构。采用该结构的Er:SGGG晶体实现了最大输出功率为450毫瓦的2.8 µm连续激光输出，对应的斜效率为8.6%，光束质量因子为4.0/3.4。

为了进一步明确键合与泵浦结构对Er:SGGG的2.8 µm连续激光性能的影响，研究团队制备了SGGG/Er:SGGG和SGGG/Er:SGGG/SGGG两种键合激光晶体。并对上述两种晶体进行了单端泵浦与双端泵浦激光实验，最终得出：键合端帽的方式可以优化Er:SGGG连续激光的光束质量，双端泵浦结构可以进一步缓解Er:SGGG晶体在连续激光模式下热应力的结论。其中，在SGGG/Er:SGGG的单端泵浦结构中，团队还实现了最大输出功率为520毫瓦的激光输出，对应的斜效率为10.4%。在SGGG/Er:SGGG/SGGG的单端泵浦结构中实现了1.06/1.11的最优光束质量因子。

综上所述， Er:SGGG是一种具有应用潜力的中红外激光增益介质，可为新一代中红外激光器的选择提供参考。

李泓沅博士研究生为论文第一作者，孙敦陆研究员为论文通讯作者。该研究工作得到了国家自然科学基金等项目的资助。

文章链接：

https://doi.org/10.1016/j.optlastec.2024.111797

https://doi.org/10.1016/j.infrared.2025.105847

https://doi.org/10.1364/OE.582639

图1 Er:SGGG双端泵浦激光结构示意图

图2 SGGG/Er:SGGG和SGGG/Er:SGGG/SGGG键合激光晶体激光输出结果

图3 Er:SGGG键合激光晶体内容摘要图