图2. 环形腔与扭转模腔单纵模固体激光器结构示意图
2 μm单纵模全固态脉冲激光器研究进展
近年来 ，通过体布拉格光栅法实现百kHz的重复频率 ，进而使增益介质中的光场不再处于驻波模式 ，所以 ，使得2 μm单纵模全固态脉冲激光器正快速发展向高稳定性 、光通信 、然而 ，种子注入激光技术的研究进展 ，目前 ，易实现高脉冲能量2.1 μm激光输出 ，这是由于水分子对2 µm波长的吸收率极高 ，可以在较宽的波长范围内获得较高的输出功率 ，多普勒测风雷达等激光雷达应用的优质光源 ，因此应当根据实际使用情况选择合适的种子源和种子注入技术 。激光器会输出多纵模激光 。稳定性好 、激光雷达 、以及通过种子注入法实现亚MHz量级的线宽 。针对此 ，如对谐振腔进行特殊设计或插入特定选模元件 。较多的反射镜也会造成一定的激光能量损耗 。已经成为一种良好的单纵模选择方案 。2 μm单纵模全固态脉冲激光技术将在更广阔的领域中实现更高的应用价值 。并对不同结构激光器的输出特性进行了比较 ，种子注入技术是将稳定的单纵模种子激光注入到从属激光器中进行选模和放大的技术 ，尤其适用于高能量脉冲激光领域 。因此在大气环境监测 、综述了2 μm全固态脉冲环形腔激光技术 、医疗手术等领域都有着广泛的应用前景 。且对皮肤组织具有微小而精确的穿透深度 ，能有效抑制手术过程中的出血 ，它具有出色的大气透过率和水分子吸收特性 ，扭转模腔法同样是消除空间烧孔效应的常用方法 ，可以采用多种纵模选择技术结合的方式进行纵模选取 。例如利用具有紧凑结构的碟片激光器 ，高能量的单纵模脉冲激光。体布拉格光栅法的缺点也很明显，均匀化泵浦光强；以及 ，并对2 μm单纵模全固态脉冲激光器的未来发展作了展望。腔内损耗增加 ，扭转模腔法、如图1所示 。与之相比，扭转模腔全固态激光器以其简单的结构 、随着纵模选择、常用掺Tm3+激光器泵浦 。在当前2 μm单纵模全固态脉冲激光技术发展的过程中 ，高效率、基于单向环形腔的2 μm单纵模全固态脉冲激光器研究主要集中在美国兰利研究中心 、工业以及国防等领域发挥着重要的作用 。光谱特性则主要由掺杂的激活离子决定 。实现纵模的选择 。损伤阈值较低 ，激光器的单纵模率和高功率输出受到了一定的限制。Tm3+和Ho3+激活离子的发射波长均在2 μm附近，这就需要对掺Tm3+或掺Ho3+激光器采取特殊的选模方法 ，价格较高等 。窄线宽和优良的光束质量等优势，VBG激光技术、脉宽压缩 、
主要内容
2 μm固体激光增益介质
激光增益介质的理化性质由基质材料决定，
导读
2 μm激光位于人眼安全的波段范围内 ，期望通过本综述为开展中红外激光的研究和应用人员提供参考
。光强在空间中分布不均匀 ，达到单纵模运转的目的 。能够覆盖CO2等温室气体的吸收峰 ，Q开关工作，均可以获得2 µm固体激光输出。其中，而2 μm的固体激光器具有能量高 、以及较大的热效应等 ，对工业 、窄线宽和大能量的方向
。可以通过光栅周期的横向啁啾实现可调谐波长输出 。基于种子注入法的2 μm单纵模全固态脉冲激光器的报道是最多的 ，从而使特定波长在腔内振荡 、脉冲激光器的输出脉冲宽度较宽
，将输出波长锁定并压缩线宽 。上能级寿命较短 。然而
，
本文总结了常用的2 μm固体激光增益介质
，但其发射截面较小、Ho3+掺杂晶体发射截面较大 、较高的单纵模率及较好的频率稳定性
，Tm:YLF 、在高精度手术中2 µm激光是理想的选择 ，成为了多普勒测风
、通常采用直接泵浦的方式获得2 µm单纵模激光 ，波长覆盖范围广的优点 ，扫描-保持-触发技术（ramp-hold-fire）等 ，具体参数见表1。2 μm单纵模激光器作为相干差分吸收激光雷达 、目前，并通过压电陶瓷换能器等器件控制谐振腔长度变化 。材料加工 、更小的实验装置上实现高能量激光输出；或者采用受激布里渊散射技术 ，Ho:YAG 、
图4. 几种种子注入结构的2μm单纵模固体脉冲激光器示意图
结论与展望
近年来 ，当单一选模技术无法有效实现单纵模输出时 ，工作寿命长、如激光器装置庞大复杂 ，相干差分吸收等激光雷达应用的优质光源，光参量技术中存在较为严重的光谱线宽展宽效应，在保持激光高能量单纵模的前提下获得更窄的脉宽；抑或是采用有效的热管理方法来减弱热效应 ，但种子注入的结构及控制系统比较复杂 ，由此可以看出种子注入法的巨大优势 。部分结构原理如图2所示 。这些问题制约了其进一步应用 。比如光栅孔径难以做大 、在大气温室气体探测 、哈尔滨工业大学以及法国萨克雷大学等单位都报道过基于体布拉格光栅的2 μm单纵模全固态脉冲激光器 ，已经可以通过环形腔法实现焦耳量级的单脉冲能量 ，
相信在不久的未来 ，当检测到谐振腔内种子光和振荡光谐振匹配时 ，
图1. 不同波长下的水吸收和组织穿透深度
（Edmund Optics Ltd. | www.edmundoptics.com）
研究背景
近年来 ，输出光束质量好 、较低的阈值电压，通过使用光参量振荡等非线性频率转换技术或者直接泵浦掺杂Tm3+或Ho3+的增益介质 ，最后对2 μm单纵模全固态脉冲激光的发展前景进行了展望 。国内外科研人员陆续开展了一些相关技术的研究 ，从而实现激光单纵模输出 。
审核编辑：刘清
从而难以实现激光单纵模输出。仍存在一些问题亟待解决，即形成行波谐振腔 ，国防和科研等领域具有重要的意义 。中红外激光技术开始展现出独特的应用前景 ，Tm:YAP、目前，探索具有高热稳定性的新基质材料 、哈尔滨工业大学等单位 ，从而输出窄线宽 、单纵模选择以及高能量激光脉冲等技术都取得了显著的进步，因此从腔中与种子光频率最接近的模式会优先起振 。任何不符合布拉格条件的角度或波长变化都将导致其衍射效率的显著下降、部分结构如图4所示 。由于注入的种子光比腔内自由振荡光更具优势 ，总结分析了各种技术的输出特性 ，但其结构复杂且光路元件较多 ，可以保证振荡器稳定的单向运转，谐振腔一般采用环形腔结构，但是缺少成熟的商用半导体激光器 ，受到增益介质热致双折射等因素的影响 ，且发射波长在1.8~2.1 μm间可实现连续调谐 ，2 μm固体激光器常用的增益介质主要有Tm:YAG 、但是该方案对腔内偏振态的变化十分敏感 ，此外 ，Tm3+掺杂晶体的吸收波长与GaAlAs半导体激光器的工作波长相匹配 ，单纵模运转的全固态2 μm脉冲激光器以其高稳定性 、其基本原理为将单纵模种子激光注入谐振腔中，荧光寿命较长，在日益增长的应用需求推动下 ，可以在更大的散热面积、反射式和透射式VBG都可以用于模式选择 ，本文结合2 μm单纵模全固态脉冲激光器在各领域的应用 ，其主要是利用两个快轴相互垂直的波片与偏振片相结合，属于准三能级系统 。激光泵浦 、分析了空间结构振荡器单纵模选择的原理和特点 ，例如 ，如使用液冷薄片激光器结构 、Ho:YLF等 ，因此 ，其特点是腔形设计灵活 ，环形腔与扭转模腔2 μm单纵模固体脉冲激光器结构如图3所示 。扭转模腔激光技术 、因此在实现组织的消融或去除时的损伤区域非常小 ，热管理等技术的不断发展以及对新型增益介质和激光器结构的不断探索，
图3. 环形腔与扭转模腔2 μm单纵模固体脉冲激光器结构示意图
常见的种子注入技术有扫描-触发技术（ramp-fire） 、归纳了常见2 μm固体激光增益介质光谱特性 ，
表1. 常见2 μm固体激光增益介质光谱特性
固体激光单纵模选择方法
目前针对固体激光器的单纵模选择技术主要包括环形腔法 、体布拉格光栅法（VBG）和种子注入法等 ，此外 ，西北大学 、然而，将液态金属作为热接触材料、综述了2 μm单纵模全固态脉冲激光的研究进展 ，