中国科学院福建物构所、福建师范大学：深海之眼！我国科研团队在高亮度脉冲蓝光激光器研制上取得重要突破
发布时间：2026-07-22 来源：中国激光杂志社 阅读次数：93 分享到：
封面解读
本封面展示了一种工作在476.8 nm的高亮度纳秒脉冲蓝光激光器，该激光器基于掺铥氟化钇锂（Tm:YLF）主振荡功率放大器的四倍频技术产生。由张江钿等人开发的这一紧凑型高效激光光源，实现了卓越的光束质量和创纪录的高亮度。它专为先进海洋科学应用而设计，为远距离水下探测、高精度海底测绘以及高带宽水下通信提供了重要解决方案。
为什么要寻找“高亮度脉冲蓝光”？
在海洋科学研究与深海探测领域，光源就是“眼睛”。对于海底地形测绘（LiDAR）、水下通信和污染监测而言，蓝绿激光（450-550 nm）是无可替代的工具，因为只有这个波段的光能在海水中穿透至百米深处。然而，长期以来，科学家们一直面临着一个“不可能三角”的挑战：光纤激光器虽然光束质量优良，但脉冲能量有限，无法实现远距离探测；而光参量振荡器（Optical parameter oscillation, OPO）能够获得高脉冲能量，却常伴随光束质量下降，影响精确探测。因此，要实现既“看得远”又“看得准”，激光器必须兼具高脉冲能量E 、高光束质量（M2y 、M2x ）和高重复频率f ，即高峰值脉冲亮度(B ∝f *E / M2y /M2x)。
近日，中国科学院福建物质结构研究所林文雄研究员与福建师范大学黄海洲副教授联合研究团队在高亮度脉冲蓝光激光领域取得了突破性进展。该团队成功研制出一种基于掺铥氟化钇锂（Tm:YLF）主振荡功率放大器（MOPA，Master Oscillator Power Amplifier）的四倍频蓝光激光系统，在476.8 nm波长处实现了10.52 mJ的高重频脉冲能量输出。这一成果标志着我国在高性能水下探测光源技术上迈出了关键一步。
相关成果发表在High Power Laser Science and Engineering 第2期封面文章（Jiangdian Zhang, Haizhou Huang, Yaofang Zhang, Nan Li, Yan Ge, Yuhang Wu, Huaixi Chen, Huagang Liu, Xianzeng Zhang, Wenxiong Lin, "High-brightness pulsed 476.8 nm blue laser via quadruple-harmonic generation of a thulium-doped yttrium lithium fluoride master oscillator power amplifier," High Power Laser Sci. Eng. 14, 02000e30 (2026)）。
核心突破：打破性能瓶颈的“中国方案”
这项成果首次将Tm:YLF晶体基于MOPA结构与LBO非线性晶体级联倍频结构进行协同设计，成功打破了“不可能三角”的瓶颈。实验装置如图1所示。
亮度新纪录：该系统实现了高达2.49 GW·cm-2·sr-1的亮度，这是目前同类脉冲蓝光激光器中的顶尖水平。
性能指标卓越：
表1：Tm:YLF MOPA四倍频蓝光激光器核心参数
技术揭秘：如何炼成“高亮度”蓝光？
这项技术的核心在于其精巧的“MOPA+四倍频”架构。研究团队利用Tm:YLF晶体独特的负热光效应构建电光调Q主振荡器和两级放大器，不仅保证了激光器在1 kHz高重频下的稳定运行，还输出了42 mJ的1.9 μm红外基频光。随后，经过级联倍频过程，利用LBO晶体极低的“走离角”（Walk-off angle）特性将红外光高效转化为蓝光。这一过程的能量转换效率高达25%，且较好地保持了高光束质量输出。
图2 最终四倍频蓝光输出光谱与脉冲波形，直观呈现了476.8 nm的纯净蓝光输出
为什么这项成果意义重大？
这项成果的重要意义在于同时实现了高脉冲能量、高光束质量和高重复频率输出，突破了传统蓝光激光技术中“看得远”与“看得准”难以兼顾的瓶颈。相比于传统的OPO技术（光束质量差，M 2常大于2），该技术的光束质量提升了数倍，意味着在同样的能量下，探测精度和分辨率将大幅提升。同时，系统在连续运行2小时过程中能量波动仅为0.47%，展现出优异的稳定性和工程化应用潜力。凭借高亮度、高稳定性等优势，该激光器有望为高精度海底地形测绘、水下高速光通信以及海洋环境实时监测等领域提供先进光源支撑，为深海探测技术的发展注入新的动力。
未来展望
目前，研究团队正在积极进行后续研发，计划引入微通道冷却技术并增加第三级放大，以进一步提升激光能量，致力于开发出可直接搭载于水下航行器（AUV，Autonomous Underwater Vehicle）的工程化样机。
团队简介
中国科学院福建物质结构研究所林文雄研究员团队主要开展全固态激光技术、光电子器件集成和增材制造技术研究，承担了二十多项重大科研项目，为国内多家科研单位研制开发了二十多种高性能激光器，波长覆盖深紫外190 nm到中红外3~5 μm波段，为我国**、科研以及工业科技发展解决了多项关键技术难题，形成了材料-器件-设备一整套具有自主知识产权的系统集成和工程化应用技术。近年来在国内外重要期刊发表论文80余篇，获得国家科技进步二等奖1项，省部级科技奖2项。
福建师范大学黄海洲副教授团队依托医学光电科技与技术教育部重点实验室、福建省光子技术重点实验室，建立了固体激光系统集成实验室，致力于全固态/光纤激光器的智能化与芯片化集成、脉冲激光微纳制造研究。在2 μm波段高重频脉冲激光、高能板条激光器等方面取得系列创新成果，发表论文40余篇，获国家发明专利11项，主持国家重点研发计划课题任务、国家自然科学基金等多项科研任务，研制激光器已应用于光声成像、激光雷达、激光元器件性能诊断等领域。
第一作者张江钿高级工程师，本科毕业于中国海洋大学，材料化学专业；硕士毕业于中国科学院大学，凝聚态物理专业。现任职于中国科学院福建物质结构研究所，主要研究方向为高功率/高能量激光器及放大器，激光相关的光机系统集成技术、以及激光与物质相互作用。
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