金刚石拉曼激光器：20W单频连续波1178nm激光输出

单晶金刚石是一种性能优异的拉曼增益介质，金刚石拉曼激光是获得高功率、特殊波段连续波单频激光的重要技术手段。

近日，中国科学院大学杭州高等研究院冯衍研究员、杨学宗副研究员团队及其他合作者，在线型驻波金刚石拉曼谐振腔中，通过引入二阶非线性晶体（LiB3O5，LBO）并调控其相位匹配，大幅提高单频金刚石拉曼激光的输出功率，实现连续波功率为20 W的单频1178 nm拉曼激光输出。该工作结合金刚石拉曼激光技术与光纤激光技术各自优势，为获得特殊波段高功率单频激光提供一种全新的可行方案。研究成果以“High-power continuous-wave single-frequency diamond Raman laser at 1178 nm”为题发表在Applied Physics Letters上。

图文解析与研究简介

1.2 μm单频激光光源在诸多领域具有重要的研究和应用价值，包括生物医疗、遥感和通信等。但如何选取高效增益介质，获得该波段高功率激光输出极具有挑战性。

单晶金刚石作为拉曼增益介质，具有拉曼增益系数10 cm/GW、拉曼频移宽为1332.3 cm-1，相比于石英光纤拉曼，更易实现较长波段的激光输出。而且，单频金刚石拉曼激光器中受激布里渊散射可以通过优化谐振腔参数得到有效抑制。金刚石的热导率2200 W/m・K，超高的热导率和低热膨胀系数，高功率运行时，晶体热透镜效应较弱。另外，金刚石晶体还具备拉曼频移大，透光范围较大等优势，因此金刚石拉曼激光是未来获得高功率、特殊波段连续波单频激光的极具有潜力的技术手段，备受业内关注！

目前，在高功率单频连续波拉曼激光方面已取得重要突破。例如，金刚石拉曼激光器结合腔内倍频技术，实现38 W的单频620 nm红光、22 W的589 nm单频钠导星激光等重大突破。

杭州高等研究院研究团队，采用1018 nm宽光谱的掺镱光纤激光器作为泵浦源，在驻波谐振腔中实现单频1178 nm近红外光波段激光输出，最高连续波输出功率为20 W。

图1 单频1178 nm金刚石拉曼激光器结构示意图

通过主动调控二次谐波晶体的相位匹配，在保证多纵模被有效抑制的情况下，减少二次谐波转化对基频光的损耗，可以实现高功率、单纵模基频拉曼光输出。在最高泵浦光功率为82 W时，获得输出功率为 20 W的1178 nm单纵模拉曼激光输出，转化效率为24%，斜率效率为38%。

最高82 W输出功率时的1018 nm泵浦光线宽为11.6 GHz，20 W拉曼光的中心波长为1178.1 nm，单纵模拉曼光线宽为67 MHz（F-P扫描干涉仪分辨率极限）。因此，多纵模泵浦光到单纵模拉曼光的功率光谱密度增强因子超过173。

审核编辑 ：李倩