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超强激光科学卓越创新简报

(第五百四十四期)

2024年8月23日

上海光机所在宽带可调谐长波红外飞秒激光产生方面取得进展

近期，中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室在宽带可调谐长波红外飞秒激光产生方面取得进展，将光学参量化放大和差频产生技术相结合，在长波红外波段成功实现了最高43微焦的宽带可调谐飞秒激光输出。相关成果以“5-13.5 µm broadband tunable long-wave infrared femtosecond laser”为题发表于APL Photonics。

长波红外飞秒激光在燃烧检测、光谱吸收、化学反应分析等领域中有重要应用。长波红外飞秒激光具有较强的生物组织穿透能力，可在医学成像、手术和精密加工中实现高效且低热损伤的效果。同时，其高空间分辨率在多光子显微成像中的突出表现，使其在生物医学和材料科学等领域具有广泛的应用前景。

该研究中，研究团队将光学参量化放大和差频产生技术相结合，利用光学参量放大作为第一级调节，并在第一级调节基础上利用光学差频进行第二级调节。得益于差频过程中BGSe晶体超宽的透过范围和较高的非线性系数，该装置实现了最高在7.8微米处43微焦的输出能量，并且在5-13.5微米的整个宽光谱范围内脉冲能量输出都超过10微焦，平均功率超过10毫瓦。此外，研究团队还通过电光采样方法，测量发现中心波长为8.3微米处的脉冲持续时间为72飞秒。该装置在长波红外波段同时实现了超宽调谐范围和较高能量输出，可以为医疗诊断、科学研究、工业检测等领域提供一种重要的研究工具。

该工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目支持。

原文链接

图1.(a)实验装置示意图；(b)对1 mm厚的BGSe晶体在不同角度下的匹配带宽的模拟；(c)在中心波长为8.3 μm处的电场。

图2.OPA调谐光谱。

图3.当OPA输出的短波波长分别为1400 nm、1450 nm、1500 nm时，各波段对应的(a)输出能量；（b-d）OPA输出的短波中心波长分别为1400 nm、1450 nm和1500 nm的DFG调谐光谱；(e)整体宽带调谐范围示意图。

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