上海光机所在中红外连续激光光谱合束研究方面取得新进展

中科院上海光机所高功率激光元件技术与工程部邵建达、晋云霞研究团队在中红外高功率连续激光光谱合束研究方面取得新进展，相关研究成果以“High power continuous-wave mid-infrared laser spectral beam combining via Jigsaw-grating architecture”为题发表于 Optics Letters。

中红外激光在光谱分析、自由空间通信、气体探测、生物医学和国家安全等领域具有重要应用价值。光谱合束技术能够在保持光束质量的同时实现激光功率和光谱范围扩展，是突破单束中红外激光功率限制的重要技术路线。然而，随着合束通道数增加，传统双光栅合束系统对首片大口径、高效率、高波前质量光栅提出了极高要求，尤其在中红外宽波段条件下，大长宽比光栅的加工难度显著提升，成为制约多通道高功率合束系统发展的关键瓶颈。

图1.拼接光栅光谱合成原理

针对上述问题，研究团队提出了一种拼接光栅（Jigsaw-grating）光谱合束架构（如图1所示），通过多个小口径子光栅在等效大口径光栅空间内的分布式拼接，实现多路中红外激光的高效合束。该方案避免了对超大口径单片光栅的依赖，可有效降低光栅制造难度，并提升多通道合束系统的可扩展性。在实验验证中，研究团队采用自主研制的高效率镀金中红外光栅，构建了四通道中红外光参量振荡器（OPO）连续激光光谱合束系统。实验中，4 路中心波长位于3.1-3.7μm范围内的OPO激光以50°入射角进入拼接光栅系统，最终实现50.8W的中红外连续激光合束输出，光栅合束效率达到92.1%，合束后光束质量保持良好，Mx²=1.76、My²=1.46。该输出功率处于目前3-5μm波段中红外激光光谱合束报道结果的较高水平（图2）。

图2.（a）光谱合成输出光束质量；（b）输出光束光谱；（c）3-5μm波段光谱合成输出功率对比

该研究为中红外多通道光谱合束系统从数十瓦向百瓦级扩展提供了新的技术路径，也为可见光至太赫兹等多波段高功率激光平台的构建提供了参考。

该工作获得国家自然科学基金、中国科协青年人才托举工程、中国博士后科学基金等项目支持。

论文链接：https://doi.org/10.1364/OL.600514