新型中熵Yb:CaSrBaF6晶体实现123飞秒克尔透镜锁模激光突破

本文首次报道了采用新型多组分中熵Yb:CaSrBaF6晶体（Yb:CSBF）作为增益介质，通过克尔透镜锁模（Kerr-lens mode-locking）技术实现123飞秒（fs）超短脉冲激光输出。研究团队利用976 nm半导体泵浦源构建X型谐振腔，结合内置狭缝硬光阑和色散补偿，获得平均功率159 mW、峰值功率16.6 kW的稳定锁模激光。该成果为开发更短脉冲的飞秒激光器提供了新型高熵晶体材料方案，具有重要应用前景。

　　

Highlight

在这项工作中，我们首次采用新型多组分中熵Yb:CaSrBaF₆（Ca_0.33Sr_0.33Ba_0.33F₂）晶体作为激光增益介质，实现了克尔透镜锁模激光运转。

Experimental setup

实验装置如图1所示：采用976 nm单模光纤耦合半导体激光器（最大功率1.0 W）作为泵浦源，通过30 mm和80 mm双合透镜将泵浦光聚焦至21 μm光斑。X型谐振腔内设置硬光阑狭缝优化光束质量，结合色散补偿最终获得稳定锁模激光。

Results and discussion

Yb:CSBF晶体在1015 nm处呈现1.3×10^-20 cm²的发射截面和60.5 nm的宽荧光半高宽（FWHM），理论上支持20 fs量级的超短脉冲。锁模状态下，激光器在77.7 MHz重复频率下输出159 mW平均功率，中心波长1057.3 nm，光谱宽度10.2 nm，脉冲宽度123 fs，对应16.6 kW峰值功率。

Conclusions

本研究首次验证了中熵Yb:CSBF晶体通过克尔透镜锁模技术产生飞秒激光的可行性。尽管当前晶体光学质量有待优化，但该材料在实现更短脉冲方面展现出巨大潜力。