【概述】 2.7-3μm波段的激光在口腔激光治疗、皮肤外科治疗中应用非常广泛，以Fotona、BioLase等公司主导的灯泵浦铒激光技术路线甚至成为当前口腔激光医疗应用场景的“金标准”。灯泵浦铒激光技术路线容易获得大能量激光输出，但较低的电光转换效率阻碍了激光重复频率的提升，因此低重频、大能量激光带来的热损伤优化问题将会是未来口腔医疗应用中关注的重点问题之一。2021年6月，国内安光所孙敦陆研究员团队在高功率中红外掺铒固体激光器方面取得了新的研究进展，其采用高功率半导体激光器阵列侧面泵浦方式替代传统的灯泵方式，在Er:YAP激光系统中演示了自由脉冲运转、在Er/Pr:YAP激光系统中演示了电光调Q运转下的中红外激光输出，在迄今最高重频1000Hz下获得了超过13W平均功率的长脉冲200μs脉冲激光输出，同时在150Hz重频下获得了超过3W平均功率的短脉冲60ns脉冲激光输出。
研究方法
侧面泵浦模块采用美国CEO的968nm、9kW版本，Er:YAP激光自由脉冲运转系统中采用3mm直径、85mm长度、15% Er3+掺杂的Er:YAP单掺晶体，谐振腔采用平凹腔结构；Er/Pr:YAP激光电光调Q系统中采用4mm直径、88mm长度、10%Er3+掺杂、0.02%Pr3+掺杂的Er/Pr:YAP共掺晶体，Q晶体为z向切割的LGS晶体。
研究结果
（1）Er:YAP激光自由脉冲运转系统：泵浦脉冲宽度200μs、输出透过率5%、腔长约13cm时，最高1000Hz重频下，获得了13.18W的中红外激光输出；在250Hz重频、泵浦功率242.2W下，获得了26.75W的中红外激光输出，光光转换效率约11%、斜率效率约16%，刀口法测试的光束质量因子约为8。经过光阑滤模，能够获得M2=1.49、平均功率4.65W的准单模激光输出。
图1 Er:YAP激光自由脉冲运转系统输出性能
（2）Er/Pr:YAP激光电光调Q系统：泵浦脉冲宽度200μs、输出透过率30%、腔长约16cm时，最高150Hz重频下，获得了3.08W的中红外激光输出，单脉冲能量为20.5mJ、脉冲宽度为61.4ns、峰值功率为0.33MW，光光转换效率约2.6%，刀口法测试的光束质量因子约为6.66。
图2 Er/Pr:YAP激光电光调Q系统输出性能
密尔点评
（1）该实验中测试获得的脉冲能量稳定性约6%，需要在冷却设计与腔型稳定性方面进一步提升；
（2）该研究的腔镜镀膜特性与输出光谱对比来看，要想获得更好的输出光谱还需要进一步优化镀膜特性；
（3）该系统短期内应用会受限于昂贵的泵浦模块，但是高重频、低脉冲能量、窄脉宽的输出激光特点可以进一步优化激光医疗应用中的热损伤问题，同时提高治疗速度。
