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

背景

中红外连续激光在光谱学、遥感、环境监测、激光雷达以及自由空间通信等领域具有重要应用，但单束中红外激光的功率和波段覆盖能力有限。传统提高功率的方法如单激光器放大或振荡器级联面临热管理、非线性效应和光束质量劣化等瓶颈。光谱合束技术通过将不同波长（或不同波段）的激光束在空间上合成一束，既能提高总输出功率，又能保持光束质量，是实现高功率中红外激光输出的关键路径之一。然而，中红外波段的光学元件、特别是合束核心元件——衍射光栅，其制备难度大、损伤阈值较低，使得多路合束效率长期受限。

核心内容

中国科学院上海光学精密机械研究所（上海光机所）高功率激光元件技术与工程部的邵建达、晋云霞研究团队，针对中红外连续激光光谱合束的实际需求，提出了一种 拼接光栅光谱合束架构，成功实现了多路中红外激光的高效合束。相关成果以论文形式发表于光学领域国际期刊 Optics Letters。该架构的核心在于：通过将多个子光栅拼接成一个大面积衍射光栅，既克服了单块光栅尺寸受限导致的合束通道数瓶颈，又通过优化子光栅之间的相位匹配和排布方式，降低了拼接缝隙对合束效率及光束质量的影响。团队利用该架构实现了多路中红外连续激光的合成输出，验证了系统在功率扩展和波段兼容性方面的可行性。该工作为中红外多通道光谱合束系统的功率提升以及多波段高功率激光平台构建提供了新的技术路径和重要参考。

关键要点

• 研究团队来自上海光机所高功率激光元件技术与工程部，负责人为邵建达、晋云霞。
• 提出创新架构：拼接光栅光谱合束，即利用多块子光栅拼接形成大面积光栅，以扩展合束通道数。
• 解决关键问题：单块光栅尺寸有限、拼接缝隙导致效率下降，通过相位匹配与优化排布降低损耗。
• 实验成果：实现多路中红外连续激光的高效合束，相关论文发表于 Optics Letters。
• 应用前景：为中红外多通道光谱合束系统的功率扩展提供新路径，支持未来多波段高功率激光平台的构建。

意义与影响

该研究针对中红外激光功率提升中的核心瓶颈——光谱合束光栅的尺寸与损伤问题，提出了一种工程上可行的拼接方案，具有以下重要意义：

1. 技术突破：拼接光栅架构突破了单块衍射光栅的物理尺寸限制，使得合束通道数可随拼接子光栅数量线性增加，为中红外激光器阵列的功率合成提供了新的自由度。
2. 效率提升：通过优化的拼接工艺和相位控制，实现了较高合束效率，表明该方案并非简单拼凑，而是工程可用的实用化技术。
3. 启发性：该工作不仅适用于中红外连续激光，其设计思想（大面积拼接光栅光谱合束）可拓展至其他波段（如近红外、紫外），对高功率激光系统的通用化平台建设具有指导意义。
4. 产业与科研价值：为高功率中红外激光在国防、科研（如中红外超连续谱光源）、工业加工和环境监测等领域的应用提供了关键元组件支撑，有望推动相关装备的小型化和功率提升。