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近日，河北工業(yè)大學(xué)呂志偉教授課題組，在金剛石拉曼振蕩器中首次實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)光束輸出，該實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了基于金剛石晶體有望實(shí)現(xiàn)高功率、寬波段及高光束質(zhì)量的結(jié)構(gòu)光束產(chǎn)生。

產(chǎn)生、調(diào)控具有特定空間振幅、相位及偏振的各型結(jié)構(gòu)高斯光束是開展光場調(diào)控物理及應(yīng)用研究的基礎(chǔ)。當(dāng)下廣泛采用的產(chǎn)生及調(diào)控手段是對傳統(tǒng)激光器輸出的基模高斯光束(TEM00)進(jìn)行復(fù)振幅調(diào)制，以獲得目標(biāo)結(jié)構(gòu)光場的空間復(fù)振幅結(jié)構(gòu)。該技術(shù)途徑雖然可高精度的產(chǎn)生任意標(biāo)量及矢量高階模式，但存在輸出功率低和光束質(zhì)量差等問題。因此，由激光器直接輸出特定或可調(diào)諧結(jié)構(gòu)高斯光束逐漸成為研究熱點(diǎn)。通常，在傳統(tǒng)的反轉(zhuǎn)粒子激光器中，受限于激光介質(zhì)固有的熒光光譜范圍和熱效應(yīng)等問題，難以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)光的波長拓展以及高功率輸出。

因此，基于非線性轉(zhuǎn)換的結(jié)構(gòu)光以其在波長拓展中的優(yōu)勢吸引了諸多科研共作者的關(guān)注。

與傳統(tǒng)的激光介質(zhì)相比，金剛石晶體不但具有已知拉曼晶體中最大的拉曼頻移(1332.3 cm-1)，高拉曼增益系數(shù)(~10 cm/GW@1 μm)，而且具有超高熱導(dǎo)率(＞2000 Wm-1K-1)和極寬的光譜透過范圍(從0.23 μm至>10 μm)。使得金剛石拉曼振蕩器在獲得高功率、寬波段以及輸出穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)光束輸出方面具有巨大潛能。

近日，白振旭教授領(lǐng)銜將傳統(tǒng)的外腔拉曼振蕩器與簡單的結(jié)構(gòu)光場產(chǎn)生方法相結(jié)合，采用1 μm高斯激光作為泵浦源，結(jié)合雙通離軸泵浦方式，通過外腔金剛石拉曼轉(zhuǎn)換直接獲得了拓?fù)浜?m)可調(diào)諧的高階LG宇稱疊加模式LG0,m激光輸出，諧振腔結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 高階LG金剛石拉曼諧振腔結(jié)構(gòu)示意圖

在實(shí)驗(yàn)中，通過對輸出鏡在水平和垂直平面的旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)來達(dá)到離軸泵浦效果，受限于腔鏡偏轉(zhuǎn)對諧振腔穩(wěn)定性和拉曼產(chǎn)生閾值的影響，最終得到了m可調(diào)諧范圍0-9、波長1.2 μm的LG0,m一階Stokes激光輸出，圖2(a)-(c)為部分實(shí)驗(yàn)光斑圖樣，圖2(d)為對應(yīng)的輸出光譜圖。這是首次在金剛石晶體中直接獲得高階LG模式激光輸出。

圖2 (a)-(c)實(shí)驗(yàn)得到的部分輸出光斑圖樣及(h)光譜圖

該研究表明，金剛石拉曼激光器在獲得高穩(wěn)定、高功率結(jié)構(gòu)光輸出方面具有巨大潛能，結(jié)合金剛石的優(yōu)異光熱特性及其相關(guān)非線性變換(級聯(lián)拉曼、布里淵轉(zhuǎn)換等)，有望進(jìn)一步拓展金剛石激光器的邊界，并突破當(dāng)前結(jié)構(gòu)光工作波長及功率極限