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连续波拉曼激光器突破现有波长范围


Chinese Optics Letters 2020年第11期封面论文:

连续波拉曼激光器突破现有波长范围

Li Fan, Xiaoyu Wang, Xiaodong Zhao, Jianhui Wang, Jun Shen, Huibo Fan, Jun Zhu, Mingya Shen. First-Stokes and second-Stokes multi-wavelength continuous-wave operation in Nd:YVO4/BaWO4 Raman laser under in-band pumping[J]. Chinese Optics Letters, 2020, 18(11): 111401

1928年,交相辉映的蓝色天空和大海激发了拉曼对散射光的实验观察,进而拉曼效应被发现,并获得了1930年诺贝尔物理学奖。

连续波拉曼激光器突破现有波长范围

1962年受激拉曼散射借助脉冲红宝石激光器被成功观测,从此激光拉曼散射成为众多领域在分子原子尺度上的重要研究工具。利用受激拉曼散射效应,可以对现有激光波长进行变换,获得更丰富的激光波长输出,以满足在生物医药、通讯、工业、军事等领域的广泛应用需求。

相比脉冲激光器中基频光具有较高峰值功率,比较容易达到拉曼转换阈值,连续波拉曼转换更加难以实现。而且,由于激光器在连续运转方式时工作的热效应更为严重,限制了激光器性能的提升,因此要实现高效稳定的连续波拉曼激光输出,需要仔细优化设计激光器结构,并进行良好的热管理。

扬州大学樊莉副教授领导的研究小组采用波长锁定窄线宽的879 nm激光二极管(LD)半导体激光器共振泵浦键合Nd:YVO4激光晶体,在采用共振泵浦技术和键合晶体改善晶体热效应的同时,利用LD的发射波长与晶体吸收峰的精确匹配提高了泵浦光的吸收率,进一步提高了腔内产生的基频激光功率。

连续波拉曼激光器突破现有波长范围

连续波全固态拉曼激光器的结构图

为了进一步改善热效应和避免晶体损伤,半导体激光器输出的泵浦光经过不同放大倍率的耦合器放大入射到激光晶体Nd:YVO4上,产生1064 nm的基频激光,并将高增益的BaWO4拉曼晶体直接放入基频激光腔内,利用腔内高的基频激光功率密度来达到受激拉曼转换阈值。最终利用BaWO4晶体的925、332 cm-1和YVO4晶体的890 cm-1拉曼频移峰实现了1103.6、1145.7、1175.9、1180.7、1228.9 nm五个波长的一阶和二阶拉曼激光同时输出。实验中通过对泵浦光斑大小、腔镜曲率半径、晶体长度的一系列优化,获得了最高输出功率为1.24 W的多波长拉曼激光输出,相应的光光转换效率为5.4%。该工作发表在Chinese Optics Letters 2020年第18卷第11期(Li Fan et al., First-Stokes and second-Stokes multi-wavelength continuous-wave operation in Nd:YVO4/BaWO4 Raman laser under in-band pumping)。

研究人员还对不同晶体或同一晶体的不同拉曼频移峰之间的竞争机制进行了详细的理论和实验研究。研究结果表明,可通过控制不同晶体的长度比及基频光的偏振方向来控制不同激光谱线间的竞争。该多波长激光不仅拓宽了现有固体激光器输出波长的范围,并且表明基于固体SRS的激光系统还有很广泛的发展潜力,将在光谱分析、激光干涉仪、差分吸收激光雷达及太赫兹波产生等领域有着潜在的重要应用。

文章推荐:

1. Chencheng Shen, Xianglong Cai, Youbao Sang, Tiancheng Zheng, Zhonghui Li, Dong Liu, Wanfa Liu, Jingwei Guo. Investigation of multispectral SF6 stimulated Raman scattering laser[J]. Chinese Optics Letters, 2020, 18(5): 051402

2. Wei Huang, Yulong Cui, Zhixian Li, Zhiyue Zhou, Zefeng Wang. 1.56 μm and 2.86 μm Raman lasers based on gas-filled anti-resonance hollow-core fiber[J]. Chinese Optics Letters, 2019, 17(7): 071406

(文章来源:中国激光 樊莉 ) (责任编辑: 龙景)

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