低温纳米与皮秒高平均峰值功率(HAPP)泵浦激光器在超快应用中的进展

“Cryogenic nanosecond and picosecond high average and peak power (HAPP) pump lasers for ultrafast applications”是一篇关于利用低温激光技术设计和展示高平均功率与高峰值功率（HAPP）激光器的文章，特别关注了yb掺杂的激光晶体在低温条件下的特性。该研究发表在《高功率激光科学与工程》杂志上，强调了这些新型激光系统在超快应用中的潜力。 在这篇论文中，作者David C. Brown、Sten Tornegård和Joseph Kolis探讨了低温环境下激光晶体的重要性质，特别是对于yb掺杂的激光材料。低温激光技术允许实现同时具有高平均功率和高峰值功率的激光输出，且光束质量接近衍射极限，这样的激光器被命名为HAPP激光器。HAPP激光器的开发为超快应用领域提供了新的可能性，如超快光谱学、非线性光学和高能粒子加速等。 文章首先概述了低温对激光材料性能的影响，包括yb离子的增益特性、荧光寿命以及热导率的变化。在低温下，激光晶体的吸收和荧光效率通常会提高，这有助于提升激光器的效率。此外，低温还能减少热效应，这对于维持良好的光束质量和防止激光诱导损伤至关重要。 接着，作者讨论了设计HAPP激光器时需考虑的关键因素，如激光诱导损伤阈值。由于高功率操作可能导致材料损伤，因此选择合适的阈值材料并优化激光结构以降低热载荷是至关重要的。此外，非线性效应如自相位调制和四波混频也是需要考虑的问题，它们可能影响激光的频率稳定性和脉冲质量。 文章还涉及了热管理问题，因为高功率操作会产生大量热量。在低温环境中，激光晶体的热膨胀系数降低，可以减小由于热效应导致的光束质量退化。同时，需要有效的冷却系统来维持激光器的工作温度，以保持其高性能。 这篇论文深入探讨了低温激光技术在创建HAPP激光器中的应用，特别是yb掺杂的激光晶体。通过对激光材料特性的理解，设计出能够在纳米秒和皮秒时间尺度上提供高平均和峰值功率的激光器，这对于推动超快科学和技术的发展具有重要意义。通过这些进展，未来的研究和应用将能够利用更高效、更强大的光源来解决一系列挑战，包括高速数据通信、精密光谱分析和先进材料加工等领域。