LD励起2.7μmレーザーが高エネルギー出力を達成(LD-Pumped 2.7 μm Laser Achieves High-Energy Output)

2026-07-17 合肥物質科学研究院(HFIPS)

中国科学院合肥物質科学研究院の孫敦魯教授らの研究チームは、波長2.7μm帯のレーザーダイオード(LD)励起Er³⁺添加固体レーザーとして、世界最高レベルのパルスエネルギーを達成した高エネルギー中赤外レーザーを開発した。2.7μm帯レーザーは医療や精密加工などへの応用が期待される一方、高出力化には課題があり、従来のキセノンランプ励起方式は効率や熱負荷に問題があった。研究では、YAP結晶にGd³⁺およびPr³⁺を添加した新しい利得媒質「Er,Pr:GYAP」を設計し、発光帯域の拡大とエネルギー損失の低減を実現した。この結晶をLD側面励起方式と組み合わせた結果、自由発振では接合結晶ロッドで1.21J、非接合ロッドで0.94Jのパルスエネルギーを達成した。さらにQスイッチ動作では125mJのパルスエネルギー、33.55nsのパルス幅、3.7MWのピーク出力を実現し、LD励起方式による高エネルギー中赤外レーザーの有効性を実証した。本成果は、医療機器やレーザー加工技術の高性能化につながる新たな設計指針を示している。

LD励起2.7μmレーザーが高エネルギー出力を達成(LD-Pumped 2.7 μm Laser Achieves High-Energy Output)
Summary diagram of 2.7 µm high-energy mid-infrared Er,Pr:GYAP laser (Image by QUAN Cong)

<関連情報>

LDサイドポンピングを備えた高エネルギー中赤外Er,Pr:GYAPレーザー High-energy mid-infrared Er,Pr:GYAP laser with LD side pumping

Cong Quan, Guo Chen, Dunlu Sun, Keqiang Wang, Huili Zhang, Maojie Cheng, Kunpeng Dong, Zhentao Wang, Hongyuan Li, Shiji Dou, and Zihao Tang
Optics Express  Published: June 24, 2026
DOI:https://doi.org/10.1364/OE.601286

Abstract

A high-energy LD side-pumped Er,Pr:GYAP laser is demonstrated in free-running and electro-optically Q-switched operations. In free-running mode, bonded and unbonded crystal rods deliver maximum output energies of 1.21 and 0.94 J with slope efficiencies of 9.54% and 7.44%, respectively, at a working frequency of 30 Hz and a pump pulse width of 1 ms. For the bonded crystal, a maximum pulse energy of 125 mJ and a pulse width of 33.55 ns were achieved in Q-switched operation at a repetition rate of 10 Hz. Increasing the pump pulse width reduces the conversion efficiency from free-running to Q-switched operation, revealing that amplified spontaneous emission (ASE) causes substantial energy loss during energy storage. These results demonstrate that the Er,Pr:GYAP is a promising gain medium for high-energy mid-infrared lasers.

0403電子応用
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