高能量和高峰值功率的皮秒紫外激光在精密加工、量子光学和非线性光学测量等领域具有重要的应用价值，近年来备受关注。近日，山东大学何京良、张百涛教授团队利用再生预放大、端面和侧面泵浦的主放大以及频率转换技术，实现了高能量皮秒355 nm紫外激光输出。研究成果以“A 172 mJ, high-energy picosecond 355 nm ultraviolet laser system at 100 Hz”为题，发表在国际期刊High Power Laser Science and Engineering, 12:e68 2024上。2022级博士生李佳桐为第一作者，张百涛教授、聂鸿坤副研究员为共同通讯作者，山东大学为唯一通讯单位。
基于近红外激光的非线性频率转换是实现皮秒紫外激光输出的有效途径。研究团队通过级联再生、LD端泵浦单通和侧泵浦主放大器首先实现了脉冲能量高达352 mJ、脉冲持续时间为69 ps的1064 nm基频激光输出。在LD端泵浦的单通放大过程中，团队首次提出了一种简单高效的光束整形技术，即利用Nd:YVO4晶体中的受激拉曼散射效应同时实现基频光的整形与放大，将再生放大器输出的高斯光束转变为马鞍形中心凹陷的强度分布，以降低光学元件的损伤风险并提升后续放大阶段中的能量提取。同时，结合多个热致双折射补偿和4f空间滤波中继成像系统，获得了相对均匀的基频光束强度分布。最后，利用LBO晶体产生三次谐波，实现了172 mJ，~57 ps，100 Hz的355 nm紫外激光输出，峰值功率为~3 GW，近红外到紫外的三次谐波转换效率为49%。该项工作实现了355 nm皮秒紫外激光器的最高脉冲能量输出，可应用于光导开关、激光打孔和激光微加工等领域。
张百涛教授团队在先进固体激光技术和应用、非线性光学、超快激光与中红外激光等研究方面取得了系列研究进展，研究成果相继发表在Nature Communication、ACS Nano、Laser & Photonics Review、High Power Laser Science and Engineering、Optics Letters、Optics Express、Photonics Research等国际著名光学期刊。上述研究工作得到了晶体材料国家重点实验室、国家自然科学基金、山东省自然科学基金、山东大学青年交叉研究团队、山东大学齐鲁青年学者项目的大力支持。
原文链接：https://doi.org/10.1017/hpl.2024.52.
