電光效率是全固態(tài)激光器的一個(gè)重要參數(shù)。效率越高，激光器更易實(shí)現(xiàn)小型化和輕量化。采用平面波導(dǎo)材料作為增益介質(zhì)的激光器，同時(shí)具有塊狀固體激光器功率高和光纖激光器能量轉(zhuǎn)換效率高的優(yōu)點(diǎn)。鍵合技術(shù)是實(shí)現(xiàn)平面波導(dǎo)激光增益介質(zhì)的常見技術(shù)途徑，但針對大縱橫比的平面波導(dǎo)材料仍存在芯層厚度控制和鍵合強(qiáng)度等問題。
流延成型技術(shù)是一種精度高、膜厚度和組分可控性強(qiáng)的陶瓷成型工藝。采用流延成型和陶瓷燒結(jié)技術(shù)可以克服單晶鍵合技術(shù)的缺陷，實(shí)現(xiàn)平面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)激光陶瓷的一體化制備。
中國工程物理研究院應(yīng)用電子學(xué)研究所高清松研究員課題組聯(lián)合中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所李江研究員課題組采用非水基流延成型和固相反應(yīng)燒結(jié)工藝制備的YAG/Nd:YAG/YAG陶瓷平面波導(dǎo)作為激光放大器的增益介質(zhì)，獲得100 Hz重復(fù)頻率下327 mJ單脈沖能量的激光輸出，據(jù)該課題組所知，這是國際范圍內(nèi)采用非水基流延成型制備的該種陶瓷平面波導(dǎo)達(dá)到的最大單脈沖能量輸出。相關(guān)研究成果發(fā)表在Chinese Optics Letters2016年第5期上(J. Liu et al., Diode-pumped composite ceramicNd:YAG planar waveguide amplifier with 327-mJ output at 100-Hz repetition rate)。
整個(gè)激光器系統(tǒng)包括三個(gè)主要部分：種子源，種子光耦合系統(tǒng)，以及放大器。種子源為雙棒串接的Nd:YAG振蕩器。放大器增益介質(zhì)尺寸為1 mm×10 mm×60 mm，1 mm厚度上為陶瓷YAG/Nd:YAG/YAG波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，并且兩端各有5 mm的非摻雜YAG端帽。抽運(yùn)源經(jīng)過慢軸縮束快軸聚焦后，以特定的角度傾斜抽運(yùn)平面波導(dǎo)介質(zhì)。種子光從波導(dǎo)一端注入，放大光從另一端輸出。
高清松研究員認(rèn)為，該陶瓷激光放大器不僅具有輸出能量高、效率高的優(yōu)點(diǎn)，而且它的體積非常小能夠?qū)崿F(xiàn)激光器系統(tǒng)的小型化、輕量化，是未來數(shù)年高能全固態(tài)激光器的主要發(fā)展方向之一。
后續(xù)工作是陶瓷平面波導(dǎo)激光器的拓寬和發(fā)展，通過優(yōu)化系統(tǒng)，進(jìn)一步提高效率，提升功率，并拓寬工作光譜范圍。
圖片說明：單通Nd:YAG陶瓷平面波導(dǎo)激光放大器系統(tǒng)示意圖。
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