能产生7-14μm激光的高平均功率宽带可调谐长波红外(LWIR)飞秒激光器在分子高光谱成像、强场光物质相互作用和共振组织消融在内的一系列应用中具有重要的前景。四川大学梁厚昆教授团队开发了一种利用薄方棒晶体的高功率Yb:YAG放大器，实现了高效散热和增益窄化抑制，能直接输出 110W、274fs 的 1030nm 泵浦脉冲。后通过LGS晶体实现了5.5~12μm的可调谐波长，并且在7.5μm处输出功率******为2.4W。将LGS晶体换成BGS晶体，可实现6~13μm的可调谐波长，在9.5μm处的输出功率达到1.5W，均为LWIR飞秒激光在指纹区域的******功率。

整体实验装置原理图。

a)薄方棒Yb:YAG啁啾脉冲放大器(CPA)系统原理图。CPA由一个50w, 1030nm的光纤激光放大器作为高功率种子源，由两个300w, 940nm的激光二极管驱动的两级CPA和一个定制的脉冲压缩器组成。不同阶段的输出功率均有标注。插图描绘了薄方棒Yb:YAG晶体，两侧有2毫米长的未掺杂端帽。Yb:YAG晶体安装在水冷散热器与四个周围的冷却表面。散热器的水流也用蓝色箭头标示出来。LD，激光二极管;HR，高反射镜;TFP，薄膜偏光器;HWP，半波片;L，镜头;FR，法拉第旋转器;DM，二色镜;BD，光束倾射。

b)高功率长波红外(LWIR)宽带可调谐飞秒光参量放大器原理图;LPF，长通滤波器;NLC，非线性晶体，LGS或BGS;Ge，锗长通滤波器。

c)LWIR飞秒激光平台牙釉质共振烧蚀示意图。

基于LGS晶体的多瓦、宽带可调谐、飞秒、LWIR OPA。

a) LGS-OPA的典型光谱，波长范围为5.5 ~ 12 μm。

b)中心波长为6.4、7.5、8.5和9.5 μm的LWIR脉冲输出功率随第二个LGS晶体泵浦功率的变化规律。

c)测量到的LWIR OPA脉冲的自相关迹线以7.5 μm为中心，表明典型脉冲宽度约为360 fs。插图显示了LWIR输出的相应光束轮廓，显示出良好的高斯轮廓。

基于BGS晶体的多瓦、宽带可调谐、飞秒、LWIR OPA。

a)利用BGS-OPA测量光谱。

b)泵浦功率为80 w时BGS-OPA中平均功率与波长的关系。

c)中心波长为9.5 μm的LWIR脉冲输出功率与BGS晶体处泵浦功率的关系

  研究团队还进行了概念验证，将9.5μm的飞秒激光用于牙釉质消融，实现了高效消融，并且与非共振飞秒激光相比，所需激光强度降低了两个数量级，大大提升了生物安全性。本次实验结果对于牙科中的龋齿治疗和根管治疗治疗提供了新的途径，并且为其他方面，如肿瘤消融，硬化斑块消融等应用提供了更多的可能性。

  该论文现已发表在国外知名期刊“Laser&Photonics’Reviews”。论文链接：https://arxiv.org/abs/2408.13789

  在本次的实验中，迪恩光电有幸为梁老师团队提供了Yb:YAG，LGS，BGS等晶体及其他配套实验器材。

  Yb:YAG：两端为未掺杂部分，尺寸2*2*2mm³，中间部分为1%掺杂，尺寸2*2*20mm³。

  LGS：5*5*8mm³，Ⅰ型相位匹配，无镀膜；5*5*8mm³，Ⅱ型相位匹配，无镀膜。

  BGS：5*5*10mm³，Ⅱ型相位匹配，θ=11.7°，无镀膜。