單晶金剛石是一種性能優異的拉曼增益介質，金剛石拉曼激光是獲得高功率、特殊波段連續波單頻激光的重要技術手段。

近日，中國科學院大學杭州高等研究院馮衍研究員、楊學宗副研究員團隊及其他合作者，在線型駐波金剛石拉曼諧振腔中，通過引入二階非線性晶體（LiB3O5，LBO）并調控其相位匹配，大幅提高單頻金剛石拉曼激光的輸出功率，實現連續波功率為20 W的單頻1178 nm拉曼激光輸出。該工作結合金剛石拉曼激光技術與光纖激光技術各自優勢，為獲得特殊波段高功率單頻激光提供一種全新的可行方案。研究成果以“High-power continuous-wave single-frequency diamond Raman laser at 1178 nm”為題發表在Applied Physics Letters上。

圖文解析與研究簡介

1.2 μm單頻激光光源在諸多領域具有重要的研究和應用價值，包括生物醫療、遙感和通信等。但如何選取高效增益介質，獲得該波段高功率激光輸出極具有挑戰性。

單晶金剛石作為拉曼增益介質，具有拉曼增益系數10 cm/GW、拉曼頻移寬為1332.3 cm-1，相比于石英光纖拉曼，更易實現較長波段的激光輸出。而且，單頻金剛石拉曼激光器中受激布里淵散射可以通過優化諧振腔參數得到有效抑制。金剛石的熱導率2200 W/m?K，超高的熱導率和低熱膨脹系數，高功率運行時，晶體熱透鏡效應較弱。另外，金剛石晶體還具備拉曼頻移大，透光范圍較大等優勢，因此金剛石拉曼激光是未來獲得高功率、特殊波段連續波單頻激光的極具有潛力的技術手段，備受業內關注！

目前，在高功率單頻連續波拉曼激光方面已取得重要突破。例如，金剛石拉曼激光器結合腔內倍頻技術，實現38 W的單頻620 nm紅光、22 W的589 nm單頻鈉導星激光等重大突破。

杭州高等研究院研究團隊，采用1018 nm寬光譜的摻鐿光纖激光器作為泵浦源，在駐波諧振腔中實現單頻1178 nm近紅外光波段激光輸出，最高連續波輸出功率為20 W。

圖1 單頻1178 nm金剛石拉曼激光器結構示意圖

通過主動調控二次諧波晶體的相位匹配，在保證多縱模被有效抑制的情況下，減少二次諧波轉化對基頻光的損耗，可以實現高功率、單縱模基頻拉曼光輸出。在最高泵浦光功率為82 W時，獲得輸出功率為 20 W的1178 nm單縱模拉曼激光輸出，轉化效率為24%，斜率效率為38%。

最高82 W輸出功率時的1018 nm泵浦光線寬為11.6 GHz，20 W拉曼光的中心波長為1178.1 nm，單縱模拉曼光線寬為67 MHz（F-P掃描干涉儀分辨率極限）。因此，多縱模泵浦光到單縱模拉曼光的功率光譜密度增強因子超過173。

審核編輯 ：李倩