近日，中国科学院上海光学精密机械研究所在高功率绿光激光技术领域取得重大突破。研究团队基于自主研制的窄线宽线偏振光纤激光器，结合创新的非线性光学倍频技术，成功实现了1823 W的单模连续波绿光激光输出，转换效率高达65.1%，并保持了优异的光束质量。这一成果打破了单模连续绿光激光功率长期徘徊在1 kW左右的技术僵局，标志着我国在该前沿领域已达到国际领先水平。

高功率、高光束质量的绿光激光因其亮度高、光子能量大等特点，在高端制造业与前沿科研中扮演着不可替代的角色。它是在加工铜、铝等高反射金属，处理玻璃、陶瓷等硬脆材料，以及进行精密半导体制造、水下通信乃至未来概念的激光远程传能等领域的理想工具。然而，长期以来，如何在提升输出功率的同时，完美维持激光的“单模”高品质光束，成为全球科学家面临的核心技术难题，制约着相关应用的进一步发展。

面对挑战，中国科学院上海光学精密机械研究所的研究团队独辟蹊径，设计并实验验证了一条高效的技术路径。他们基于自研的窄线宽线偏振全光纤激光器，利用一类非临界相位匹配技术对LBO（三硼酸锂，LiB₃O₅）晶体进行单通倍频实验，通过优化激光器偏振性能与光学耦合参数，实现高效率高功率连续绿光激光输出。

激光方案原理如图1所示，基频保偏光纤激光器采用主振荡功率放大结构（MOPA），结合线宽调制（LM）技术和偏振控制（PC）技术，实现2.8 kW窄线宽线偏振基频激光输出，中心波长约为1064 nm，偏振消光比（PER）优于18dB，光束质量因子M²约1.1，基频光特性如图2所示。基频激光通过透镜1（L1）准直后，依次通过半波片（HWP）和透镜2（L2）聚焦到LBO晶体内。选用高损伤阈值LBO晶体作为倍频晶体，通过高精度光学耦合与像差抑制设计结合温度调谐控制，耦合透过率大于99%，晶体温度约控制在150 ℃左右，实现高效率非临界相位匹配；产生的绿光激光经透镜3（L3）准直输出，输出绿光光斑直径约12 mm。由双色镜（DM）滤除基频光后，进行绿光激光特性测量。

图1  激光实验方案原理示意图

图2  基频光源特性。(a) 光谱曲线；(b) 偏振消光比PER随时间变化曲线；(c)基频光输出功率为2.8kW时的光束质量

在基频光最大输出功率2.8 kW时，实现了1823 W连续波绿光激光输出，中心波长约为532 nm，倍频转换效率为65.1%，光束质量因子M²约1.03，测试结果如图3所示。本研究实现了单路单模连续绿光激光输出功率与效率的增加，后续可通过提高基频光功率密度、优化模式耦合、降低非线性晶体吸收系数、实施精密温控等措施优化相位匹配，在保证光束质量的前提下持续提升绿光激光器功率，并结合高亮度合束技术寻求绿光激光亮度的跨越性突破。

图3  绿光光源特性。(a) 绿光激光输出光谱；(b)绿光激光输出功率与效率；(c)绿光激光输出功率为1823 W时的光束质量

此项研究的价值在于，它并非简单的功率数字突破。在国际竞争中，美国IPG公司、德国通快集团等领先企业虽已推出千瓦级产品，但在单模连续波这一代表最高光束质量与加工精度的技术路线上，公开报道的功率长期停留在1 kW附近。上海光机所的成果，首次将这一指标大幅提升至1.8 kW量级，同时创造了最高转换效率的纪录，实现了 “高功率”与“高光束质量”的统一，为下一代超精密加工和尖端科学研究提供了全新的光源选择。

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