【儀表網 研發快訊】近日，晶體材料全國重點實驗室于浩海、梁飛教授團隊在聲子耦合激光晶體和黃光激光技術領域取得重要進展，提出了熱驅動聲子調控激光設計策略，發明了高集成聲子耦合激光倍頻技術，首次在Nd:YAG晶體中實現了575.5–583 nm連續波黃光激光，為解決全固態激光“黃光鴻溝”難題提供了簡單可行的方案，具有重要的科學意義和實用價值。相關研究成果以“Phonon engineering in Nd3+-doped garnet lasers: filling the yellow gap and boosting fluorochrome excitation”為題，在線發表于國際期刊Advanced Photonics(IF：18.8)。論文第一作者為山東大學2022級博士研究生郝鴻，通訊作者為梁飛教授、于浩海教授和張懷金教授，山東大學為獨立完成單位。
570–590 nm黃光激光位于人眼視覺敏感區，在醫療診斷、天文觀測和精密儀器等領域具有重要應用價值?；?ldquo;激光輻射+非線性倍頻”方案，綠光和紫外激光已基本滿足需求，實現產業化。但受限于釹離子(Nd³?)和鐿離子(Yb3+)摻雜晶體的本征電子能級，商品化激光晶體在1140–1180 nm光譜范圍內缺乏高效電子躍遷，無法通過倍頻實現黃光激光，被學界公認為“黃光鴻溝”。為了獲得黃光激光，通常采用非線性和頻、受激拉曼等技術，需要多種不同功能的晶體協同工作，導致激光器裝置復雜、調節困難，限制了產業化應用。因此，探索一種簡單高效的新型激光輻射原理，簡化黃光激光產生方案，具有重要意義。
本工作從固體物理和激光物理的基本原理出發，提出了一種聲子耦合激光設計策略，通過調控電子躍遷與晶格振動的耦合效應，實現新波長激光。以商品化的Nd:YAG晶體為例，Nd3+離子占據具有D2對稱性的Y3+位點，理論上允許電子躍遷與所有對稱性的聲子模式發生耦合，從而改變能量傳遞過程。當熱激發提供充足的聲子時，處于激光上能級底部的電子可吸收聲子能量躍遷至更高的聲子能級，然后向下躍遷并輻射出新頻率光子，從而實現波長拓展?；谠撛?，研究團隊首次在Nd:YAG晶體中實現連續波黃光激光，波長575.5-583 nm，填補了全固態激光“黃光鴻溝”。利用晶格振動與溫度正相關的特點，黃光激光表現出反常的溫度特性，在高溫下輸出功率不降反升，最高功率達到75 mW，滿足了流式細胞檢測的應用需求。測試結果表明，同等功率583nm黃光激光對AF-594熒光染料的激發效率相比綠光激光器顯著提升。聲子耦合黃光激光技術僅需一塊激光晶體和一塊倍頻晶體，與商品化532 nm綠光激光器的設計方案完全相同，極大簡化了諧振腔結構，為研制高集成黃光激光器提供了技術支撐，具有重要的實用價值。
相關研究工作得到了國家自然科學基金、國家重點研發計劃、山東大學杰出中青年學者和晶體材料全國重點實驗室的資助和支持。
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