研究人员演示了跨越大波长范围的室温多波段微激光器

长三角G60激光联盟导读

据悉，具有多种激光波段的微激光器是各种应用领域的关键器件，如全彩显示器、光通信和计算等。稀土(RE)元素提供了丰富的长寿命中间能级和在大范围的光波波段发射所必需的结构内跃迁。

室温下同时进行紫外、可见光和近红外连续激光。

通过被称为“降频”的激光过程来泵送光子，产生深紫外光到中红外光是可能的，以降低频率，以及“上转换”来增加能量。上档转换具有独特的优势，包括更好的穿透深度和更少的电离损伤，但它通常比慢档更难。将降频和上转换相结合可以最大限度地扩展发射波长范围。

Ultrahigh-Q掺稀土微腔

使用REs进行上转换可以消除严格的相位匹配条件或高泵浦密度的需要，因此研究人员提出，是否有可能通过将RE元素集成或“掺杂”到超高Q微腔中而不降低其固有Q因子来构建多波段激光器。答案是肯定的。

据《Advanced Photonics》 道，华中科技大学（HUST）的一个团队利用聚合物辅助热掺杂技术制造出了具有超高本征Q因子超过108的再掺杂微腔。据 道，掺杂过程没有引入任何明显的离子聚簇或散射损失。超高的内在Q因子使其成为一个自然平台，实现激光和进一步的非线性现象，需要低功率。

室温下同时进行紫外、可见光和近红外连续激光。（a） Er-Yb共掺杂微球在975nm连续激光激励下的紫外、可见和近红外激光示意图。插图：直径为57μm的Er-Yb共掺杂微球在4MW泵浦下的光学图像。（b）六个FSR上的总光损耗演化，包括Er-Yb共掺杂微球的理论Er诱导吸收损耗和本征损耗。插图：微球的扫描电子显微镜图像。（c）实验装置。可变光衰减器；PM，功率表；PC，偏振控制器；波分复用器；光谱分析仪；OS，光开关；OBSF，975nm光学带阻滤波器；数字存储示波器；TDL，可调谐二极管激光器；AWG，任意波形发生器；PD，光电探测器。

室温多波段激光

高阶上转换激光器的研究通常采用低温环境下的脉冲激光泵浦，以减少对增益材料和谐振腔的热损伤。这是首次证明稀土元素在室温下的紫外和紫外光连续波上转换激光。

华中科技大学的研究小组用铒和镱掺杂了一个微腔，并用连续的975纳米激光泵浦它。由此产生的激光波长范围约为1170纳米，覆盖紫外线、可见光和近红外波段。研究小组估计，所有的激光阈值都在亚毫瓦水平。该微激光器在190分钟内表现出良好的强度稳定性，适合于实际应用。

随着泵浦功率的增加，激光光谱演化。光谱仪采集350至835nm的激光光谱（黑线）。OSA采集了1040至1090nm和1525至1590nm的激光光谱（蓝线）。从底部到顶部，泵浦功率分别为（a）3、（b）36、（c）100和（d）1100μW。插图是放大激光光谱。

这一演示强调了稀土元素稳定多波段激光的可能性。虽然这项研究使用了铒和镱，但其他类型的稀土元素——如铥、钬和钕——可能允许灵活的泵浦方案和丰富的激光波长。除了在激光应用方面的优势外，超高q掺杂微腔还可能为超高精度传感和研究腔-物质-光相互作用提供一个良好的平台。

紫外线、可见光和近红外连续激光的阈值和偏振特性。