近日，由河北工業(yè)大學白振旭教授課題組領(lǐng)銜，與國科大杭州高等研究院和澳大利亞麥考瑞大學合作，利用金剛石晶體作為增益介質(zhì)，實現(xiàn)了平均功率高達20.3 W的布里淵激光輸出，為目前國際上的最高功率指標。

具有窄線寬、低噪聲特性的激光器在激光干涉引力波探測、精密激光光譜等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用。但是自由運轉(zhuǎn)的激光器受到工作物質(zhì)的固有增益線寬、振蕩器的相位噪聲以及外界環(huán)境因素的制約，難以直接獲得窄線寬激光輸出。基于受激布里淵散射（SBS）效應(yīng)的布里淵激光器，利用SBS光波場與聲波場之間頻率和動量固有相位匹配效應(yīng)引起的光譜窄化過程，是目前獲取極窄線寬、低噪聲激光的重要途徑。在過去10余年的時間里，以加州理工學院、耶魯大學和悉尼大學等為代表的知名高校通過微腔、片上、光纖等導波結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了布里淵激光器的運轉(zhuǎn)，但是受限于導波腔內(nèi)的光束模體積極小、級聯(lián)SBS難以控制，因此無法在保證單頻運轉(zhuǎn)的同時實現(xiàn)功率放大，其輸出功率僅有μW至mW量級。

為了突破這一瓶頸，2020年白振旭教授團隊聯(lián)合澳大利亞麥考瑞大學Richard Mildren教授課題組，提出通過自由空間結(jié)構(gòu)實現(xiàn)布里淵激光運轉(zhuǎn)的方案。利用532 nm激光做為泵浦源，在國際上首次測得金剛石晶體的布里淵增益系數(shù)高達79 cm/GW，見圖1。結(jié)合金剛石晶體超寬的光譜透過范圍（>0.2 μm全波段透射）、以及極高的熱導率2200 W/(m.K)，其成為實現(xiàn)高功率、高效率和極寬工作光譜范圍布里淵激光輸出的理想介質(zhì)。

圖1 532 nm金剛石布里淵激光器

（Zhenxu Bai, et al. APL Photonics, 2020, 5, 031301）

近日，該團隊利用1 μm波段連續(xù)波光纖激光器作為泵浦源，CVD單晶金剛石作為布里淵增益介質(zhì)，通過PDH穩(wěn)頻的環(huán)形腔實現(xiàn)泵浦光和Stokes光的雙諧振，實現(xiàn)了功率高達20.3 W、轉(zhuǎn)換效率為33.8%的近衍射極限布里淵激光輸出，在最大輸出功率下測得的布里淵激光信噪比大于63 dB，相比于泵浦光提高了21 dB，實驗結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 1064 nm金剛石布里淵激光器

（白振旭, 等. 中國激光, 2021, 48, 2116003）

據(jù)悉，這是目前報道的最高功率的布里淵激光器，且功率相對于以往導波結(jié)構(gòu)的各類布里淵激光器提高了1至5個數(shù)量級。本研究結(jié)果表明，自由空間運轉(zhuǎn)的金剛石布里淵激光器為實現(xiàn)高功率、超窄線寬、高信噪比單頻激光輸出提供了一種新的技術(shù)路徑。

作者簡介：白振旭，教授，博士生導師，河北工業(yè)大學先進激光技術(shù)研究中心副主任、河北省先進激光技術(shù)與裝備重點實驗室副主任，中國光學光電子行業(yè)協(xié)會激光應(yīng)用分會青年委員、天津市激光技術(shù)學會常務(wù)理事、北京光學學會青年工作委員會委員、《光電技術(shù)應(yīng)用》青年編委。主要從事高功率金剛石激光技術(shù)研究，成果榮獲2018年國際光學工程學會Teddi Laurin獎、首屆光學青年科學家競賽Light “Rising Stars of Light”一等獎，并得到Laser Focus World、美國物理聯(lián)合會等學術(shù)媒體的報道。作為項目負責人主持軍委裝發(fā)部預研基金、國家自然科學基金等10余項課題，并在APL Photonics、Optics Letters等SCI期刊累計發(fā)表論文60余篇，授權(quán)專利10余項。

（文章轉(zhuǎn)載自網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)，請聯(lián)系刪除）