山东大学在基于稀土掺杂YAG单晶薄膜的固态微腔激光研究中取得新进展
日期：
2023-09-27
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近日，物理学院陈峰教授团队在晶体薄膜制备和微腔激光方面取得新进展，提出了一种名为“离子注入增强选择性腐蚀方法”的技术，用于制备稀土元素掺杂的钇铝石榴石（YAG）单晶薄膜，并基于该材料制备微腔固态激光器，实现毫瓦级的激光输出。相关研究成果以'Optically pumped Milliwatt Whispering-Gallery microcavity laser'为题发表在光学领域期刊Light:Science&Applications（影响因子19.4）。该论文的第一作者是博士研究生李慧琦，通讯作者为谭杨教授、陈峰教授，合作作者包括王磊教授和博士研究生王赵聪。山东大学是该论文的第一作者单位和唯一通讯作者单位。稀土元素掺杂的YAG晶体是最优秀的固态激光增益介质之一，具有高增益、高硬度、良好的化学稳定性和高热传导性等特点。通过掺杂各种稀土元素，可以在近红外至中红外波长范围（1微米至3微米）内发射激光，在传统的固体激光器中有广泛的应用。然而，YAG晶体的高稳定性和高硬度使得它难以通过化学和物理手段进行微纳加工，从而限制了其在微纳激光系统中的应用。为了解决这个问题，研究团队将碳离子注入到Nd:YAG晶体内，形成了一个缺陷层，利用这个缺陷层加速了化学腐蚀作用，成功地将厚度为1微米的Nd:YAG单晶薄膜从Nd:YAG块状晶体中剥离出来，最大剥离面积为10×0.1 mm2。基于这个晶体薄膜，他们制备了直径为30微米的耳语回廊模式固态微腔激光器，微腔的Q值为2.8×105。微腔激光的最大输出功率为1.1 mW，最大光转化效率为12.4%，这些参数是目前报道的微腔固态激光器的最大值。此外，研究人员还制造了独特的偏心微腔，实现了有效的自由空间泵浦光耦合，促进了微腔与波导的集成。这项研究为构建紧凑型光子源提供了一个新路径。
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