在发表于《Optics Express》的一项研究中，中国科学院西安光学精密机械研究所（XIOPM）付玉喜教授领导的研究团队首次研制出室温掺钬氟化钇锂（Ho:YLF）复合薄片激光器，可实现高效率、高质量的连续波激光输出。
工作在 2µm 光谱范围内的激光器因其对眼睛的安全性、水对其的高吸收率和低大气衰减而备受推崇。传统的 2µm 激光器通常需要低温冷却来控制热效应，这增加了系统的复杂性和成本，并限制了其在紧凑型、空间受限和移动平台中的应用。因此，开发高功率室温 2µm 激光器已成为一个重要的研究方向。
表 1：2μm 区域薄片激光器概览。资料来源：Bingying Lei, Liyi Zhang, Sen Yang 等人，《Near diffraction-limited in-band pumped Ho:YLF composite thin disk laser at 2 μm》，《Optics Express》（2025）。
在这项研究中，研究人员开发了一种基于 Ho:YLF 的新型复合薄片结构。通过将 2 at. % 掺杂的 Ho:YLF 晶体与未掺杂的 YLF 覆盖层结合在一起，显著提高了晶体的机械坚固性，同时有效抑制了自发辐射的放大效应，从而增强了激光输出的稳定性。
图 1：Ho:YLF 复合薄片晶体示意图。(a) Ho:YLF 复合薄片的 3D 示意图。(b) 焊接到 SiC 散热器上的 Ho:YLF 复合薄片照片。(c) Ho:YLF 复合薄片沿泵浦光传播方向的横截面图。资料来源：Bingying Lei, Liyi Zhang, Sen Yang 等人，《Near diffraction-limited in-band pumped Ho:YLF composite thin disk laser at 2 μm》，《Optics Express》（2025）。
此外，研究人员还优化了光学泵浦系统，采用了具有 12 个泵浦周期的多通道配置，并结合了高效的热管理策略。这种方法不仅确保了高功率输出，还最大限度地降低了热透镜效应，从而获得了卓越的光束质量。
图 2：Ho:YLF 薄片激光器示意图。(a) 基于 12 路泵浦模块的薄片激光器 3D 示意图。(b) 实验装置图，显示带有水冷散热器的复合薄片激光头。资料来源：Bingying Lei, Liyi Zhang, Sen Yang 等人，《Near diffraction-limited in-band pumped Ho:YLF composite thin disk laser at 2 μm》，《Optics Express》（2025）。
实验结果表明，当激光器由直径为 1.8mm 的 1940nm 掺铥光纤激光器泵浦时，峰值输出功率达到 26.5W，光效率为 38.1%，斜率效率为 42.0%。光束质量几乎达到衍射极限，功率稳定性的相对标准偏差仅为 0.35% 。
图 3：室温下 2 at.% 掺杂 Ho:YLF 晶体的吸收和发射截面。资料来源：Bingying Lei, Liyi Zhang, Sen Yang 等人，《Near diffraction-limited in-band pumped Ho:YLF composite thin disk laser at 2 μm》，《Optics Express》（2025）。
图 4. 使用 3% 透射率 OC 测量的 Ho:YLF 薄片激光器输出功率。资料来源：Bingying Lei, Liyi Zhang, Sen Yang 等人，《Near diffraction-limited in-band pumped Ho:YLF composite thin disk laser at 2 μm》，《Optics Express》（2025）。
图 5：(a) 掺铥光纤激光器泵浦和 (b) CW 发射的室温光谱。虚线表示 Ho:YLF 晶体的吸收截面和发射截面。每个光谱代表五次测量的平均值。资料来源：Bingying Lei, Liyi Zhang, Sen Yang 等人，《Near diffraction-limited in-band pumped Ho:YLF composite thin disk laser at 2 μm》，《Optics Express》（2025）。
图 6：输出光束质量。(a) 26W 输出光束质量的 M2 测量。(b) 不同距离（L = -200mm、0mm、100mm 和300mm）下的光束轮廓。资料来源：Bingying Lei, Liyi Zhang, Sen Yang 等人，《Near diffraction-limited in-band pumped Ho:YLF composite thin disk laser at 2 μm》，《Optics Express》（2025）。
付教授说：“这项工作为开发结构紧凑、经济高效的高功率 2µm 激光器铺平了道路，该激光器有可能达到 100W 水平，推动超快激光科学的发展。它还为开发高功率和便携式红外激光系统提供了一种新方法。”
