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。

研究背景??

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

成果简介??

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 W?m-1?K-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。

图3 激光的光谱图（a）泵浦光，（b）1.2 μm，（c）1.5 μm （插图：近场光斑图）

最后，作者提出，通过进一步优化谐振腔设计和提高泵浦功率将有望进一步提升双波长激光的输出功率。同时，结合金刚石晶体极宽的光谱透过范围，不仅能够通过改变泵浦光波长有效拓展双波长激光的输出波段，也可以通过改变谐振腔腔镜的波长反射率，有望获得三波长及以上的高功率拉曼激光输出。该研究结果为获得高功率、高光束质量且无光谱展宽的多波长激光输出提供了新的技术路径，并为光电对抗、遥感监测、雷达等应用领域提供高质量的激光光源。

作者简介：

吕志伟

教授

河北工业大学副校长

吕志伟，教授，河北工业大学副校长，“长江学者”特聘教授，担任中国光学学会激光专业委员会副主任、中国电子学会工业工程分会副主任、国防科技创新团队带头人和教育部创新团队带头人。长期从事高功率固体激光技术和非线性光学的研究，主持完成国家重大专项项目、国家重大科技工程项目、国家863高技术项目、国家自然科学基金重点项目等科研项目50余项。研究工作获得军队科技进步一等奖2项、黑龙江省自然科学奖一等奖1项等。累计发表学术论文350余篇，授权发明专利34项。

白振旭

教授，博士生导师

河北工业大学

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，担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，成果荣获国际光学工程学会Teddi Laurin奖、光学青年科学家竞赛Light“Rising Stars of Light”一等奖。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期刊发表论文70余篇，授权专利20余项。

文章来源：《红外与激光工程》 网址: http://www.hwyjggczzs.cn/zonghexinwen/2022/0122/845.html