Chinese Optics Letters 2020年第3期Editors' Pick:

Shanghua Li, Qing Wang, Rui Song, Fangfang Hou, Mingwei Gao, Chunqing Gao. Laser diode pumped high-energy single-frequency Er:YAG laser with hundreds of nanoseconds pulse duration[J]. Chinese Optics Letters, 2020, 18(3): 031401

相干激光雷达是实现远程大气信息遥感观测的主要有效工具。相干激光测风雷达可实现对三维风场信息的探测，差分吸收激光雷达可实现对气体空间分布的遥感观测。1645 nm波段的激光有诸多优势：属于人眼安全波段；位于大气窗口，大气透过率高；该波段是甲烷气体的吸收峰，可用于甲烷气体浓度的差分吸收探测；同时该波段属于通信波段，相应器件如探测器等较为成熟，使得这一波段的激光器被广泛用作相干激光探测雷达的光源。

远程相干激光雷达需要单频运转、大能量、长脉宽(窄线宽)的激光器作为光源。单脉冲能量越高，其探测距离越远；百纳秒的长脉冲宽度在保证高精度相干测量的同时，也保证了较高的测距精度。现有的1.6 μm单频激光器研究中，单脉冲能量有限，难以满足远距离、高精度相干激光雷达的光源需求。因此研发大单脉冲能量的单频脉冲激光器，对研制远程的人眼安全相干激光探测雷达非常重要。

来自北京理工大学的李尚桦和王庆博士(通信作者)在发表于Chinese Optics Letters 2020年第3期的文章中介绍了一款适用于远程相干激光雷达的大能量、百纳秒脉宽单频Er:YAG激光器。

该课题组通过创新性地采用双LD抽运双Er:YAG陶瓷环形腔激光器的方案，实现了波长在1645 nm、重复频率200 Hz、最大单脉冲能量28.6 mJ、脉冲宽度保持在百纳秒量级的单频脉冲激光输出。该结果为截至目前，采用掺铒增益介质在1.6 μm波段的最高单频输出能量，脉冲宽度仍保持在百纳秒量级。

单频脉冲激光器单脉冲能量、脉冲宽度在不同重复频率下的输出特性

课题组采用种子注入锁定方案，利用输出波长在1645 nm半导体抽运的高稳定Er:YAG单块非平面环形腔激光器作为种子，注入到环形腔激光从动放大器中实现单频脉冲激光输出。通过对比分析不同波长抽运对脉冲储能及晶体热效应的影响，确定了采用两台波长在1.47 μm半导体激光器端面抽运双Er:YAG陶瓷增益介质的谐振抽运方案；通过增加环形谐振腔的腔长，实现大能量脉冲的宽度保持在百纳秒级别；输出单频脉冲具有较高的能量稳定性和光束质量。该结果在单脉冲能量、光束质量方面都得到了显著提高。

课题组负责人、北京理工大学的高春清教授指出，这种人眼安全波段的大能量、百纳秒脉宽单频Er:YAG激光器可作为远程相干激光雷达的一种有效的光源。该方法方案简单、无需行波放大、输出稳定可靠。未来的工作将专注于进一步将单频激光器在相干激光测风雷达及差分吸收激光雷达的应用研究。近期课题组已经开展了相干激光测风的研究工作。

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