高功率

波长调谐范围覆盖6-20μm的高重复频率（10 MHz）、高平均功率（10 mW）飞秒激光源具有重要的应用，由于大量分子在这个波段具有振动跃迁，因此有望用于痕量气体检测以及对由气体、液体或固体组成的复合系统进行与物理、化学或生物学相关的非侵入性诊断。但由于增益介质的缺乏，这些中红外源通常利用高功率近红外飞秒激光器驱动光学差频产生（DFG）来实现：近红外激光脉冲的一部分用作泵浦脉冲，另一部分采用非线性波长转换产生波长可调的信号脉冲，泵浦脉冲和信号脉冲之间的DFG产生可调谐的中红外脉冲。利用传统非线性光学手段产生的信号光脉冲能量较低，限制了中红外光源的功率，导致长波中红外飞秒光源无法广泛应用。针对该难点，中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心L07组在长期开展基于超快激光脉冲产生及波长转换的基础上，利用自相位调制的光谱旁瓣滤波（SPM-enabled spectral selection，SESS）技术，基于高功率掺铒光纤激光器在高非线性光纤中得到了波长范围覆盖1.6-1.94μm、功率高达300mW（~10nJ）的信号脉冲，再与1.55μm的泵浦脉冲在GaSe晶体中差频得到了波长覆盖7.7-17.3μm的中红外激光脉冲，最大平均功率可达58.3mW。图1. 实验装置图实验装置如图1所示，前端为自制的高功率掺铒光纤激光器系统，重复频率为32MHz，经过啁啾脉冲放大后得到平均功率为4W、脉冲能量为125nJ、宽度为 290fs的脉冲。将激光脉冲分成两份，一份作为泵浦脉冲，另一份耦合到SESS光纤中进行光谱展宽。光纤输出处的展宽光谱由二向色镜分离，长通滤波器（图中的LPF1）将最右边的光谱旁瓣过滤出来作为信号脉冲。泵浦脉冲经过时间延迟线与信号脉冲在时间上重合后聚焦到GaSe晶体上，光斑大小约为50μm。再通过另一个截止波长为4.5μm的长通滤波器，生成的中红外光束经焦距为75mm的90°离轴抛物面镜准直。利用校准的热敏功率计测量中红外脉冲的平均功率，傅里叶变换红外（FTIR）光谱仪来测量输出光谱。图2（a）为1mm-GaSe后输出光谱和功率，光谱范围为7.7-17.3μm，最大平均功率为30.4 mW。为了进一步提高输出功率，我们采用2mm厚的GaSe晶体，结果如图2（b）所示，整个光谱调谐范围内脉冲功率均大于10mW，最大平均功率达58.3mW。相比于以往基于掺镱光纤的中红外光源，本研究成果将DFG平均功率提高了一个数量级，并首次实验上观测到了工作在光参量放大机制下的高重频DFG过程。该高功率长波中红外光源基于结构紧凑的光纤激光器，可以用于实现中红外双光梳，从而推动中红外光梳在精密光谱学中的前沿应用。相关结果发表在最近的Optics Letters上（https://doi.org/10.1364/OL.482461），被选为Editor's Pick并成为当天下载量最多的5篇论文之一。图2. 在不同厚度GaSe后测量到的中红外光谱和功率:（a） 1mm-GaSe（b）2mm-GaSe。该工作得到了国家自然科学基金（批准号：No.62227822和62175255）、中国科学院国际交流项目（批准号：No. GJHZ1826）和国家重点研发计划（批准号：No. 2021YFB3602602）的支持。论文第一作者为物理所博士生刘洋，常国庆特聘研究员为通讯作者，赵继民、魏志义研究员也参与了该工作的设计和讨论。

日前，中科院合肥物质科学研究院等离子体所依靠自主创新，经过近两年的努力，成功研制了具有国际先进水平的稳态高功率微波测试系统，其频率为4.6GHz，平均功率为250KW，并圆满完成了测试实验。 4.6GHz 250KW 测试系统 　　实验结果表明，等离子体所自主研制的该套稳态高功率微波测试系统，其测试功率达到了稳态的250KW(平均功率密度为14.78KW/cm2)，这在C频段(4-8GHz)内达到了世界先进水平。美国麻省理工学院的同类系统最高参数为250KW，但其脉冲长度仅为5秒 国内同类系统的平均功率仅几十千瓦。 　　其测试功能比国外的同类系统更加先进，它不仅可以测试速调管，还可以测试各种驻波情况下(包括满功率全反射条件下)的高功率微波器件，而国外同类系统只能测试处于匹配条件下的微波器件。参与测试实验的美、德专家组成员对该测试系统给予了高度评价，称其非常优秀(Excellent)。此外，国外的该类成套系统价格非常昂贵，如美国新大陆公司4.6GHz单套测试系统的报价近四千万元，而等离子体所自主研制的测试系统造价远低于其报价。 　　稳态高功率微波测试系统是开展托卡马克低杂波电流驱动实验研究的必要平台，但在国际上只被美、欧、俄、日等发达国家的速调管制造商和少数研究机构所拥有，且其相关技术均保密。等离子体所依靠自主创新成功研制出该系统，使得我国稳态高功率微波测试系统的研制及测试达到国际先进水平。同时，该系统成为国际高功率微波器件测试的平台，为等离子体所进一步广泛深入地参与国际合作奠定了坚实的基础。实验成功后，德国AFT(Advanced Ferrite Technology 德国先进铁氧体科技公司)公司专家Arnold当场表达了进一步与等离子体所开展合作的意愿。 250KW满功率稳态运行 　　更重要的是，该系统的成功研制为EAST国家大科学工程(二期)辅助加热项目子系统——4.6GHz/4MW低杂波系统的建设积累了经验。并且，该套系统的工作频率为4.6GHz，这与国际热核聚变实验堆(ITER)计划的低杂波系统频率5GHz非常接近，因此，该系统的成功研制将为ITER低杂波系统的研制提供重要的技术和人才储备。 　　成功研制该套系统的低杂波课题组是一支由十几位中青年科技人员组成的团队，包括三名研究员、三名副研究员及九名中初级科研人员和两名高级工，团队中有12位35岁以下的青年人才。该系统的研制让课题组成员得到了进一步的磨练和提高。美国CPI(Communications & Power Industries美国通讯电力工业公司)公司总工程师Steve对该团队能力称赞不已，并与课题组探讨团队的人才培养机制。 　　该团队同时承担着高功率测试系统研制及实验、4.6GHz/4MW低杂波系统研制、2.45GHz低杂波系统升级、EAST及HT-7实验等多项繁重科研任务，为保证每一项科研任务都优质完成，课题组成员克服人手不足等多方面困难，坚持奉献精神，为科研事业付出了艰辛的努力。 实验人员现场讨论

3月26日上午，由陕西省发展和改革委员会主办，中国科学院西安光学精密机械研究所、陕西电子信息集团、西安炬光科技有限公司等单位承办的“陕西省高功率激光器及应用产业联盟成立揭牌暨项目签约仪式”在西安光机所隆重举行。陕西省副省长吴登昌、陕西省决策咨询委员会副主任崔林涛、中国科学院院士侯洵、中国科学院院士姚建铨以及陕西省、西安市政府有关部门领导，该产业联盟所有成员单位代表等共400余人出席了揭牌暨项目签约仪式。 　　为了贯彻落实《关中——天水经济区发展规划》，以建设西安统筹科技资源改革示范基地为契机，中国科学院西安光机所、陕西电子信息集团、西安炬光科技有限公司等三家单位发起组建陕西大功率激光器及其应用产业联盟的倡议。倡议指出，陕西在大功率激光器产业的技术和产业配套等方面具有较好的基础，为集群形成和发展提供了良好的条件，但还存在着产业分散、关联度低等问题，在一定程度上制约了全省大功率激光器产业的发展。因此，为大力促进我国大功率激光器产业快速发展，组建陕西大功率激光器及其应用产业联盟将刻不容缓。 　　在陕西省发改委等单位的大力支持下，目前陕西省高功率激光器及应用产业联盟已集合了全省在该领域中的近20家企业、大专院校和科研单位入盟。通过整合资源，并充分利用中国科学院西安光机所和西安炬光科技有限公司在高功率半导体激光器领域的技术、人才和产业等优势，建设陕西省激光产业集群，打造一条技术领先、产业集聚、竞争力强的全新的产业链，以加快培育战略性新兴产业，推动结构调整和发展方式的转变。 　　在本次签约仪式上，西安炬光科技公司与国投高科技投资有限公司签署了战略投资协议 与美国知名的激光器制造企业阿波罗公司(Apollo Instruments)签署了“光学整形与光纤耦合业务收购协议” 与西安光机所签署了“激光投影仪项目协议”，同时还与在陕的工业加工、医疗设备、科学研究等十余个激光器应用企事业单位签约了投融资项目和产品研发项目，总额近2亿元。 　　大会期间，陕西省发改委副主任张振红代表省发改委宣读了“关于成立陕西省高功率激光器及应用产业联盟的复函” 中国科学院西安光机所所长赵卫代表陕西省高功率激光器及应用产业联盟在大会讲话 陕西省副省长吴登昌、陕西省决策咨询委员会副主任崔林涛、中国科学院院士侯洵、中国科学院院士姚建铨为联盟的成立共同揭牌。