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科研应用
布里渊激光功率超过20W
材料来源:激光行业观察           录入时间:2021/11/25 21:52:01

近日,由河北工业大学白振旭教授课题组领衔,与国科大杭州高等研究院和澳大利亚麦考瑞大学合作,利用金刚石晶体作为增益介质,实现了平均功率高达20.3 W的布里渊激光输出,为目前国际上的最高功率指标。

具有窄线宽、低噪声特性的激光器在激光干涉引力波探测、精密激光光谱等领域有着重要的应用。但是自由运转的激光器受到工作物质的固有增益线宽、振荡器的相位噪声以及外界环境因素的制约,难以直接获得窄线宽激光输出。基于受激布里渊散射(SBS)效应的布里渊激光器,利用SBS光波场与声波场之间频率和动量固有相位匹配效应引起的光谱窄化过程,是目前获取极窄线宽、低噪声激光的重要途径。在过去10余年的时间里,以加州理工学院、耶鲁大学和悉尼大学等为代表的知名高校通过微腔、片上、光纤等导波结构实现了布里渊激光器的运转,但是受限于导波腔内的光束模体积极小、级联SBS难以控制,因此无法在保证单频运转的同时实现功率放大,其输出功率仅有μW至mW量级。

为了突破这一瓶颈,2020年白振旭教授团队联合澳大利亚麦考瑞大学Richard Mildren教授课题组,提出通过自由空间结构实现布里渊激光运转的方案。利用532 nm激光做为泵浦源,在国际上首次测得金刚石晶体的布里渊增益系数高达79 cm/GW,见图1。结合金刚石晶体超宽的光谱透过范围(>0.2 μm全波段透射)、以及极高的热导率2200 W/(m.K),其成为实现高功率、高效率和极宽工作光谱范围布里渊激光输出的理想介质。

图1 532 nm金刚石布里渊激光器

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

近日,该团队利用1 μm波段连续波光纤激光器作为泵浦源,CVD单晶金刚石作为布里渊增益介质,通过PDH稳频的环形腔实现泵浦光和Stokes光的双谐振,实现了功率高达20.3 W、转换效率为33.8%的近衍射极限布里渊激光输出,在最大输出功率下测得的布里渊激光信噪比大于63 dB,相比于泵浦光提高了21 dB,实验结构如图2所示。

图2 1064 nm金刚石布里渊激光器

(白振旭, 等. 中国激光, 2021, 48, 2116003)

据悉,这是目前报道的最高功率的布里渊激光器,且功率相对于以往导波结构的各类布里渊激光器提高了1至5个数量级。本研究结果表明,自由空间运转的金刚石布里渊激光器为实现高功率、超窄线宽、高信噪比单频激光输出提供了一种新的技术路径。

作者简介:白振旭,教授,博士生导师,河北工业大学先进激光技术研究中心副主任、河北省先进激光技术与装备重点实验室副主任,中国光学光电子行业协会激光应用分会青年委员、天津市激光技术学会常务理事、北京光学学会青年工作委员会委员、《光电技术应用》青年编委。主要从事高功率金刚石激光技术研究,成果荣获2018年国际光学工程学会Teddi Laurin奖、首届光学青年科学家竞赛Light “Rising Stars of Light”一等奖,并得到Laser Focus World、美国物理联合会等学术媒体的报道。作为项目负责人主持军委装发部预研基金、国家自然科学基金等10余项课题,并在APL Photonics、Optics Letters等SCI期刊累计发表论文60余篇,授权专利10余项。

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