【资讯】深海之眼！我国科研团队在高亮度脉冲蓝光激光器研制上取得重要突破

       在海洋科学研究与深海探测领域，光源就是“眼睛”。对于海底地形测绘（LiDAR）、水下通信和污染监测而言，蓝绿激光（450-550 nm）是无可替代的工具，因为只有这个波段的光能在海水中穿透至百米深处。然而，长期以来，科学家们一直面临着一个“不可能三角”的挑战：光纤激光器虽然光束质量优良，但脉冲能量有限，无法实现远距离探测；而光参量振荡器（Optical parameter oscillation, OPO）能够获得高脉冲能量，却常伴随光束质量下降，影响精确探测。因此，要实现既“看得远”又“看得准”，激光器必须兼具高脉冲能量E 、高光束质量（M 2y 、M 2x ）和高重复频率f ，即高峰值脉冲亮度(B ∝f *E / M 2y /M 2x )。

       近日，中国科学院福建物质结构研究所林文雄研究员与福建师范大学黄海洲副教授联合研究团队在高亮度脉冲蓝光激光领域取得了突破性进展。该团队成功研制出一种基于掺铥氟化钇锂（Tm:YLF）主振荡功率放大器（MOPA，Master Oscillator Power Amplifier）的四倍频蓝光激光系统，在476.8 nm波长处实现了10.52 mJ的高重频脉冲能量输出。这一成果标志着我国在高性能水下探测光源技术上迈出了关键一步。

       相关成果发表在High Power Laser Science and Engineering 第2期封面文章（Jiangdian Zhang, Haizhou Huang, Yaofang Zhang, Nan Li, Yan Ge, Yuhang Wu, Huaixi Chen, Huagang Liu, Xianzeng Zhang, Wenxiong Lin, "High-brightness pulsed 476.8 nm blue laser via quadruple-harmonic generation of a thulium-doped yttrium lithium fluoride master oscillator power amplifier," High Power Laser Sci. Eng. 14, 02000e30 (2026)）。

       这项成果首次将Tm:YLF晶体基于MOPA结构与LBO非线性晶体级联倍频结构进行协同设计，成功打破了“不可能三角”的瓶颈。实验装置如图1所示。

图1 实验装置示意图：从脉冲2 μm种子激光到两级高亮度激光放大，再到LBO晶体四倍频转换过程

       亮度新纪录：该系统实现了高达2.49 GW·cm-2·sr-1的亮度，这是目前同类脉冲蓝光激光器中的顶尖水平。

       性能指标卓越：

表1：Tm:YLF MOPA四倍频蓝光激光器核心参数

       这项技术的核心在于其精巧的“MOPA+四倍频”架构。研究团队利用Tm:YLF晶体独特的负热光效应构建电光调Q主振荡器和两级放大器，不仅保证了激光器在1 kHz高重频下的稳定运行，还输出了42 mJ的1.9 μm红外基频光。随后，经过级联倍频过程，利用LBO晶体极低的“走离角”（Walk-off angle）特性将红外光高效转化为蓝光。这一过程的能量转换效率高达25%，且较好地保持了高光束质量输出。

图2 最终四倍频蓝光输出光谱与脉冲波形，直观呈现了476.8 nm的纯净蓝光输出

       这项成果的重要意义在于同时实现了高脉冲能量、高光束质量和高重复频率输出，突破了传统蓝光激光技术中“看得远”与“看得准”难以兼顾的瓶颈。相比于传统的OPO技术（光束质量差，M 2常大于2），该技术的光束质量提升了数倍，意味着在同样的能量下，探测精度和分辨率将大幅提升。同时，系统在连续运行2小时过程中能量波动仅为0.47%，展现出优异的稳定性和工程化应用潜力。凭借高亮度、高稳定性等优势，该激光器有望为高精度海底地形测绘、水下高速光通信以及海洋环境实时监测等领域提供先进光源支撑，为深海探测技术的发展注入新的动力。

参考文献： 中国光学期刊网

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