近日，中国科学院安徽光学精密机械研究所(简称“安光所”)孙敦陆研究员课题组在中红外激光技术领域取得一系列重要突破。该团队围绕2.8微米波段Er:SGGG(掺铒钪镓钆石榴石)激光晶体，在材料制备、泵浦结构创新和激光性能优化等方面获得了系统性进展，相关成果已连续发表在国际光学权威期刊上。这一研究不仅提升了我国在中红外激光材料领域的核心竞争力，也为该波段激光在生物医疗、环境监测等领域的实用化铺平了道路。
瞄准关键波段：2.8微米激光的独特价值与应用前景
中红外波段(特别是2.8微米附近)的激光被称为“水分子的吸收指纹区”。由于水分子对该波长的光有极强的吸收，使其在生物组织切割、手术止血等医疗领域具有无可替代的优势——手术精度高、创伤小、愈合快。同时，该波段激光在大气中有特定的传输窗口，也是环境光学遥感、激光雷达、红外对抗以及非线性光学频率变换的关键光源。然而，长期以来，能够高效、稳定产生该波段激光的增益介质材料有限，制约了相关设备的发展。安光所团队的研究正是针对这一核心材料难题展开。
核心突破一：创新材料制备，实现高效脉冲激光输出
研究团队首先从材料源头进行创新。他们采用提拉法，成功制备出高掺杂浓度(30at.%)的Er:SGGG晶体。SGGG作为一种混合石榴石晶体，其结构特点能使激活离子(Er³⁺)的吸收和荧光光谱有效展宽，更利于吸收泵浦光。实验证实，该晶体在970纳米泵浦波长处的吸收带宽达19纳米，这降低了对泵浦光源波长稳定性的苛刻要求。
基于此优质晶体，团队使用常见的970纳米激光二极管进行单端面泵浦。在脉冲工作模式下(重频400赫兹，脉宽300微秒)，成功实现了峰值输出功率达404毫瓦的2.8微米激光，光光转换斜率效率高达15.6%。这一结果证明了Er:SGGG晶体作为高效中红外脉冲激光增益介质的巨大潜力。
核心突破二：设计双端泵浦，大幅提升连续激光功率
脉冲激光适用于许多场景，但诸如激光手术、连续波遥感等应用则需要高功率的连续激光。然而，高功率泵浦下产生的严重热效应是制约连续激光性能的世界性难题。
为此，安光所团队创造性地设计了双端泵浦激光结构。顾名思义，该结构从晶体两端同时注入泵浦光，使泵浦能量和热负荷在晶体内部均匀分布，极大缓解了局部过热问题。采用这一“降温妙招”后，Er:SGGG晶体实现了450毫瓦的2.8微米连续激光输出，光束质量也保持良好。这标志着向高功率、实用化的中红外连续激光器迈出了关键一步。
核心突破三：首创键合晶体结构，攻克光束质量与热管理难题
为进一步优化性能，团队在晶体结构上做了更精妙的“微创手术”——研发了键合激光晶体。他们将未掺杂的透明SGGG晶体与掺铒的Er:SGGG增益介质通过光学键合技术“无缝焊接”在一起，制备出SGGG/Er:SGGG和SGGG/Er:SGGG/SGGG(即“三明治”结构)两种新型复合晶体。
这一设计的精妙之处在于：
显著改善光束质量：端帽式的透明SGGG晶体能有效抑制热透镜效应，使激光输出光束更纯净、发散角更小。在“三明治”结构中，团队获得了接近衍射极限的优异光束质量因子(M²因子低至1.06/1.11)。
高效管理热量：键合结构如同为增益介质加装了“散热翅片”，大幅提升了散热能力，允许晶体承受更高的泵浦功率。
提升输出功率：在单端泵浦SGGG/Er:SGGG键合晶体时，连续激光输出功率被进一步提升至520毫瓦，斜率效率达到10.4%，创造了同类研究中的优异指标。
总结与展望：为新一代中红外激光器提供“中国方案”
安光所的这项系列研究，从材料制备、结构设计到性能优化，完成了一次从基础到应用的闭环创新。它系统性地证明了Er:SGGG是一种综合性能优异、极具应用潜力的2.8微米中红外激光增益介质。
该研究不仅为开发更紧凑、高效、稳定可靠的新一代中红外激光器提供了关键的“晶体心脏”选项，也对推动高端医疗设备、先进环境监测技术等领域的发展具有重要意义。未来，随着泵浦技术和散热方案的进一步优化，基于Er:SGGG晶体的激光器有望实现更高功率输出，从而开启更广阔的应用市场，彰显我国在尖端光电材料与器件领域的自主研发实力。
