單晶金剛石是一種性能優(yōu)異的拉曼增益介質(zhì)，金剛石拉曼激光是獲得高功率、特殊波段連續(xù)波單頻激光的重要技術(shù)手段。

近日，中國科學(xué)院大學(xué)杭州高等研究院馮衍研究員、楊學(xué)宗副研究員團(tuán)隊(duì)及其他合作者，在線型駐波金剛石拉曼諧振腔中，通過引入二階非線性晶體（LiB3O5，LBO）并調(diào)控其相位匹配，大幅提高單頻金剛石拉曼激光的輸出功率，實(shí)現(xiàn)連續(xù)波功率為20 W的單頻1178 nm拉曼激光輸出。該工作結(jié)合金剛石拉曼激光技術(shù)與光纖激光技術(shù)各自優(yōu)勢(shì)，為獲得特殊波段高功率單頻激光提供一種全新的可行方案。研究成果以“High-power continuous-wave single-frequency diamond Raman laser at 1178 nm”為題發(fā)表在Applied Physics Letters上。

圖文解析與研究簡介

1.2 μm單頻激光光源在諸多領(lǐng)域具有重要的研究和應(yīng)用價(jià)值，包括生物醫(yī)療、遙感和通信等。但如何選取高效增益介質(zhì)，獲得該波段高功率激光輸出極具有挑戰(zhàn)性。

單晶金剛石作為拉曼增益介質(zhì)，具有拉曼增益系數(shù)10 cm/GW、拉曼頻移寬為1332.3 cm-1，相比于石英光纖拉曼，更易實(shí)現(xiàn)較長波段的激光輸出。而且，單頻金剛石拉曼激光器中受激布里淵散射可以通過優(yōu)化諧振腔參數(shù)得到有效抑制。金剛石的熱導(dǎo)率2200 W/m?K，超高的熱導(dǎo)率和低熱膨脹系數(shù)，高功率運(yùn)行時(shí)，晶體熱透鏡效應(yīng)較弱。另外，金剛石晶體還具備拉曼頻移大，透光范圍較大等優(yōu)勢(shì)，因此金剛石拉曼激光是未來獲得高功率、特殊波段連續(xù)波單頻激光的極具有潛力的技術(shù)手段，備受業(yè)內(nèi)關(guān)注！

目前，在高功率單頻連續(xù)波拉曼激光方面已取得重要突破。例如，金剛石拉曼激光器結(jié)合腔內(nèi)倍頻技術(shù)，實(shí)現(xiàn)38 W的單頻620 nm紅光、22 W的589 nm單頻鈉導(dǎo)星激光等重大突破。

杭州高等研究院研究團(tuán)隊(duì)，采用1018 nm寬光譜的摻鐿光纖激光器作為泵浦源，在駐波諧振腔中實(shí)現(xiàn)單頻1178 nm近紅外光波段激光輸出，最高連續(xù)波輸出功率為20 W。

圖1 單頻1178 nm金剛石拉曼激光器結(jié)構(gòu)示意圖

通過主動(dòng)調(diào)控二次諧波晶體的相位匹配，在保證多縱模被有效抑制的情況下，減少二次諧波轉(zhuǎn)化對(duì)基頻光的損耗，可以實(shí)現(xiàn)高功率、單縱模基頻拉曼光輸出。在最高泵浦光功率為82 W時(shí)，獲得輸出功率為 20 W的1178 nm單縱模拉曼激光輸出，轉(zhuǎn)化效率為24%，斜率效率為38%。

最高82 W輸出功率時(shí)的1018 nm泵浦光線寬為11.6 GHz，20 W拉曼光的中心波長為1178.1 nm，單縱模拉曼光線寬為67 MHz（F-P掃描干涉儀分辨率極限）。因此，多縱模泵浦光到單縱模拉曼光的功率光譜密度增強(qiáng)因子超過173。

審核編輯 ：李倩