7 月 16 日消息，據中國科學院上海光機所消息，中國科學院上海光學精密機械研究所高功率激光元件技術與工程部邵建達、晉云霞研究團隊在中紅外高功率連續激光光譜合束研究方面取得新進展，相關研究成果發表于 Optics Letters。
中紅外激光在光譜分析、自由空間通信、氣體探測、生物醫學和國家安全等領域具有重要應用價值。光譜合束技術能夠在保持光束質量的同時實現激光功率和光譜范圍擴展，是突破單束中紅外激光功率限制的重要技術路線。然而，隨著合束通道數增加，傳統雙光柵合束系統對首片大口徑、高效率、高波前質量光柵提出了極高要求，尤其在中紅外寬波段條件下，大長寬比光柵的加工難度顯著提升，成為制約多通道高功率合束系統發展的關鍵瓶頸。
圖 1 拼接光柵光譜合成原理
針對上述問題，研究團隊提出了一種拼接光柵（Jigsaw-grating）光譜合束架構（如圖 1 所示），通過多個小口徑子光柵在等效大口徑光柵空間內的分布式拼接，實現多路中紅外激光的高效合束。該方案避免了對超大口徑單片光柵的依賴，可有效降低光柵制造難度，并提升多通道合束系統的可擴展性。在實驗驗證中，研究團隊采用自主研制的高效率鍍金中紅外光柵，構建了四通道中紅外光參量振蕩器（OPO）連續激光光譜合束系統。實驗中，4 路中心波長位于 3.1-3.7μm 范圍內的 OPO 激光以 50° 入射角進入拼接光柵系統，最終實現 50.8W 的中紅外連續激光合束輸出，光柵合束效率達到 92.1%，合束后光束質量保持良好，Mx2=1.76、My2=1.46。該輸出功率處于目前 3-5μm 波段中紅外激光光譜合束報道結果的較高水平（圖 2）。
圖 2 （a）光譜合成輸出光束質量；（b）輸出光束光譜；（c）3-5μm 波段光譜合成輸出功率對比
該研究為中紅外多通道光譜合束系統從數十瓦向百瓦級擴展提供了新的技術路徑，也為可見光至太赫茲等多波段高功率激光平臺的構建提供了參考。
該工作獲得國家自然科學基金、中國科協青年人才托舉工程、中國博士后科學基金等項目支持。
