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

具有窄線寬、低噪聲特性的激光器在激光干涉引力波探測(cè)、精密激光光譜等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用。但是自由運(yùn)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�；�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(chǎng)與聲波場(chǎng)之間頻率和動(dòng)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(shí)間里，以加州理工學(xué)院、耶魯大學(xué)和悉尼大學(xué)等為代表的知名高校通過微腔、片上、光纖等導(dǎo)波結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了布里淵激光器的運(yùn)轉(zhuǎn)，但是受限于導(dǎo)波腔內(nèi)的光束模體積極小、級(jí)聯(lián)SBS難以控制，因此無法在保證單頻運(yùn)轉(zhuǎn)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)功率放大，其輸出功率僅有μW至mW量級(jí)。

為了突破這一瓶頸，2020年白振旭教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合澳大利亞麥考瑞大學(xué)Richard Mildren教授課題組，提出通過自由空間結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)布里淵激光運(yùn)轉(zhuǎn)的方案。利用532 nm激光做為泵浦源，在國(guó)際上首次測(cè)得金剛石晶體的布里淵增益系數(shù)高達(dá)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(dǎo)率2200 W/(m.K)，其成為實(shí)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(tuán)隊(duì)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(shí)現(xiàn)泵浦光和Stokes光的雙諧振，實(shí)現(xiàn)了功率高達(dá)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(cè)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(shí)驗(yàn)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(guó)激光, 2021, 48, 2116003）

據(jù)悉，這是目前報(bào)道的最高功率的布里淵激光器，且功率相對(duì)于以往導(dǎo)波結(jié)構(gòu)的各類布里淵激光器提高了1至5個(gè)數(shù)量級(jí)。本研究結(jié)果表明，自由空間運(yùn)轉(zhuǎn)的金剛石布里淵激光器為實(shí)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(jiǎn)介：白振旭，教授，博士生導(dǎo)師，河北工業(yè)大學(xué)先進(jìn)激光技術(shù)研究中心副主任、河北省先進(jìn)激光技術(shù)與裝備重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任，中國(guó)光學(xué)光電子行業(yè)協(xié)會(huì)激光應(yīng)用分會(huì)青年委員、天津市激光技術(shù)學(xué)會(huì)常務(wù)理事、北京光學(xué)學(xué)會(huì)青年工作委員會(huì)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(guó)際光學(xué)工程學(xué)會(huì)Teddi Laurin獎(jiǎng)、首屆光學(xué)青年科學(xué)家競(jìng)賽Light “Rising Stars of Light”一等獎(jiǎng)，并得到Laser Focus World、美國(guó)物理聯(lián)合會(huì)等學(xué)術(shù)媒體的報(bào)道。作為項(xiàng)目負(fù)責(zé)人主持軍委裝發(fā)部預(yù)研基金、國(guó)家自然科學(xué)基金等10余項(xiàng)課題，并在APL Photonics、Optics Letters等SCI期刊累計(jì)發(fā)表論文60余篇，授權(quán)專利10余項(xiàng)。

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