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新突破！金刚石拉曼激光器实现双波长百瓦输出 | OE NEWS

光电汇OESHOW

2022-01-22

导读：斜效率达52.1%

近日，由河北工业大学吕志伟教授团队领衔，利用金刚石晶体作为拉曼增益介质，首次实现了功率百瓦级的1.2 μm和1.5 μm双波长拉曼激光输出。该成果以内封面文章的形式，发表于国内光学领域知名学术期刊《红外与激光工程》，论文第一作者为白振旭教授。

具有高光束质量的激光器以其空间相干性好、聚焦功率密度高、光束发散小、易于长程传输等优点，在遥感、工业加工以及定向能武器等领域发挥着重要作用。除了获得单一的特殊波长输出，双波长激光也因其在精密激光光谱、共振激光干涉、分子多光子分解及激光雷达等方面的重要应用而备受关注。1.2 μm和1.5μm波段激光位于重要的大气透过窗口，自然界中广泛存在的CO₂和水分子对这两个波段的吸收率也远小于目前最常见的1 μm波段激光（如图1所示），因此1.2 μm和1.5μm波段激光在遥感监测、雷达、通信等领域有具有重要的应用前景。

但是受限于现有激光工作物质的可用发射光谱，且不同发射谱的增益差别较大，目前难以通过传统的粒子数反转激光器直接获得高功率1.2 μm和1.5 μm波段激光的同时输出，甚至针对1.2 μm单一波长激光的高效产生和放大也没有成熟的解决途径。

图1 大气吸收带和主要吸收粒子

为了突破传统激光器在双波长激光输出方面的技术瓶颈，吕志伟教授团队采用具有极高热导率（>2000 Wm^-1K^-1）、高拉曼增益系数（~10 cm/GW@1 μm）和宽光谱透过范围（>0.23 μm）的金刚石晶体作为拉曼增益介质，通过外腔振荡结构实现了1 μm泵浦光直接向1.2 μm和1.5 μm双波长激光的高效转换，实验光路图如图2所示。在最高泵浦功率414 W的条件下，获得了1.2 μm和1.5 μm的稳态功率分别为72 W和110 W的输出，整体转换效率为44.0%、斜效率达52.1%。

图2 1.2/1.5 μm双波长金刚石拉曼激光器

不仅如此，由于拉曼转换过程中固有的光束净化特性，所输出的1.2 μm和1.5 μm双波长激光均为近衍射极限（M²因子~1.1），且光束质量均相对于泵浦光均有明显提升。此外，金刚石较窄的拉曼增益带宽（~2 cm^-1），使得产生的一阶和二阶Stokes光的光谱并没有出现光纤拉曼激光器中常见的光谱展宽现象，反而相对与泵浦光的光谱均有一定的窄化，如图3所示。