6-mJ, 4-ns Pulse Generation at 2.09 m from a Diode-Pumped Ho:YAG Thin-Disk Laser
本文报道了首次演示了一种在Q开关和腔泵浦模式下工作的二极管泵浦Ho:YAG薄盘激光器，该激光器能够产生能量为6 mJ、脉宽为4 ns、波长为2.09 μm、峰值功率为1.6 MW的脉冲，并已成功应用于激光诱导击穿光谱技术。
原始论文采用 CC BY 4.0 许可（http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/）。 这是对下方论文的AI生成解释。它不是由作者撰写或认可的。如需技术准确性，请参阅原始论文。 阅读完整免责声明
想象一下你拥有一把非常强大的手电筒，但它不仅仅是发出稳定的光束，而是想要发射出极其明亮、超短促的光脉冲。这正是这篇论文中的科学家们所实现的，只不过他们使用的是一种在“近红外”波段（一种人类肉眼看不见、但对材料分析非常有用的颜色）发光的激光器。
以下是他们如何建造这台“光炮”的故事，用简单的语言进行了解释：
引擎：一片薄薄的晶体
把他们激光器的核心想象成一片只有 400 微米厚的特殊晶体，叫做 Ho:YAG（掺杂了钬）。它非常薄，薄到就像你可以拿在指尖的一片玻璃。
- 问题： 薄片非常有利于散热（就像薄披萨比厚底披萨冷得快），但很难被“填满”能量，因为光通过它们的速度太快了。
- 解决方法： 科学家们把晶体做得比通常情况下稍厚一些，并用一个在特定颜色（1.9 µm）下发光的激光二极管（类似于高功率 LED）对其进行泵浦。他们让这种泵浦光在晶体中来回反射了 72 次，以确保挤出每一丝能量。
两种工作模式
团队测试了释放这些储存能量的两种不同方式，使用了一个特殊的“快门”（称为 Pockels 电池），它就像一个高速闸门。
1. “Q 开关”模式（缓慢泄漏）
想象一下正在用水管往桶里注水，但桶底的孔被堵住了。你让水积累压力，然后突然拔掉塞子。
- 发生了什么： 他们让能量在晶体中积累，然后将其释放出来。
- 结果： 他们得到了巨大的能量脉冲（超过 5 毫焦耳），但脉冲在时间上有点“长”（大约 292 纳秒）。
- 局限性： 由于脉冲持续的时间相对较长，其“峰值功率”（即在最强点时的冲击力）仅为 18 千瓦左右。它很强，但还不是那种“大锤”。
2. “腔体倾倒”模式（突然倾倒）
现在，想象同一个桶，但不是仅仅打开一个孔，而是瞬间把整个桶倒过来。所有的水都在一瞬间倾泻而出，形成一个巨大的水花。
- 发生了什么： 他们让能量在激光腔体内积累，然后切换了一个开关，迫使所有的光在绕环一周的过程中一次性射出。
- 结果： 这是重大的突破。因为光出来的速度极快（仅用了 3.8 纳秒），能量被压缩到了一个极小的瞬间。
- 功率： 尽管总能量与第一种模式相似，但由于速度极快，峰值功率飙升至 1.6 兆瓦。这就像是一个装在盒子里的闪电！
为什么这很重要（根据论文）
- 一项新纪录： 这是第一次有人让这种特定类型（Ho:YAG）的“薄盘”激光器达到“兆瓦”级的功率爆发。
- 实际应用： 他们并没有只是造出它并把它放在架子上。他们实际上用这种激光进行了 LIBS 实验（激光诱导击穿光谱）。可以把这想象成用激光电击材料的一个微小点，产生一个微小的等离子体火花，然后通过读取这个火花发出的光来确定该材料是由什么组成的。这证明了该激光器是稳健且适用于严肃科学研究的。
- 质量： 它们的波束非常干净且聚焦（接近完美），这意味着它可以用于精确的任务。
下一步是什么？（“待办事项”清单）
科学家们承认他们目前的装置存在一些限制，主要是因为晶体会发热（就像夏天的汽车引擎一样）。他们建议未来可以进行以下升级：
- 更好的冷却： 将目前的冷却块更换为由钻石制成的冷却块（钻石的导热能力是他们目前使用的材料的三倍）。
- 更好的泵浦： 使用更稳定、更精确的光源来为激光提供能量，而不是使用他们目前这种“宽谱”光源。
- 更多的反射： 改变镜面设计，让光在晶体中反射更多次，从而获得更多的能量。
简而言之： 该团队制造出了一种紧凑、稳健的激光器，它可以发射出极其强大的、纳秒级的红外光脉冲。通过使用一种巧妙的“倾倒”技术，他们将标准的激光脉冲转化成了兆瓦级的重击，证明了它已经准备好进行诸如材料分析之类的严肃科学工作。
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