山东大学于浩海、梁飞教授团队在声子耦合激光晶体研究领域取得新进展

　　近日，晶体材料全国重点实验室于浩海、梁飞教授团队在声子耦合激光晶体和黄光激光技术领域取得重要进展，提出了热驱动声子调控激光设计策略，发明了高集成声子耦合激光倍频技术，首次在Nd:YAG晶体中实现了575.5–583 nm连续波黄光激光，为解决全固态激光“黄光鸿沟”难题提供了简单可行的方案，具有重要的科学意义和实用价值。相关研究成果以“Phonon engineering in Nd3+-doped garnet lasers: filling the yellow gap and boosting fluorochrome excitation”为题，在线发表于国际期刊Advanced Photonics(IF：18.8)。论文第一作者为山东大学2022级博士研究生郝鸿，通讯作者为梁飞教授、于浩海教授和张怀金教授，山东大学为独立完成单位。

　　570–590 nm黄光激光位于人眼视觉敏感区，在医疗诊断、天文观测和精密仪器等领域具有重要应用价值。基于“激光辐射+非线性倍频”方案，绿光和紫外激光已基本满足需求，实现产业化。但受限于钕离子(Nd³⁺)和镱离子(Yb3+)掺杂晶体的本征电子能级，商品化激光晶体在1140–1180 nm光谱范围内缺乏高效电子跃迁，无法通过倍频实现黄光激光，被学界公认为“黄光鸿沟”。为了获得黄光激光，通常采用非线性和频、受激拉曼等技术，需要多种不同功能的晶体协同工作，导致激光器装置复杂、调节困难，限制了产业化应用。因此，探索一种简单高效的新型激光辐射原理，简化黄光激光产生方案，具有重要意义。

　　本工作从固体物理和激光物理的基本原理出发，提出了一种声子耦合激光设计策略，通过调控电子跃迁与晶格振动的耦合效应，实现新波长激光。以商品化的Nd:YAG晶体为例，Nd3+离子占据具有D2对称性的Y3+位点，理论上允许电子跃迁与所有对称性的声子模式发生耦合，从而改变能量传递过程。当热激发提供充足的声子时，处于激光上能级底部的电子可吸收声子能量跃迁至更高的声子能级，然后向下跃迁并辐射出新频率光子，从而实现波长拓展。基于该原理，研究团队首次在Nd:YAG晶体中实现连续波黄光激光，波长575.5-583 nm，填补了全固态激光“黄光鸿沟”。利用晶格振动与温度正相关的特点，黄光激光表现出反常的温度特性，在高温下输出功率不降反升，最高功率达到75 mW，满足了流式细胞检测的应用需求。测试结果表明，同等功率583nm黄光激光对AF-594荧光染料的激发效率相比绿光激光器显著提升。声子耦合黄光激光技术仅需一块激光晶体和一块倍频晶体，与商品化532 nm绿光激光器的设计方案完全相同，极大简化了谐振腔结构，为研制高集成黄光激光器提供了技术支撑，具有重要的实用价值。

　　相关研究工作得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、山东大学杰出中青年学者和晶体材料全国重点实验室的资助和支持。