大化所研制出基于准分子四波混频的波长可微调碱金属蓝光激光器

近日，我所氧碘化学激光器效率和光腔研究研究组(703组)胡墅项目研究员、郭敬为研究员、谭彦楠研究员团队提出了一种基于铷-氦准分子参与的四波混频过程产生波长可微调蓝光激光的新方法。该方法利用双光子激发铷-氦准分子，随后准分子能级全程参与四波混频，产生了420 nm激光，波长可调谐范围达到了0.5 nm。团队通过准分子平衡了吸收线宽利用率与四波混频效率，为高功率碱金属蓝光激光器的研制提供了机理验证。

海水对大部分电磁波具有天然的屏蔽性。在无线电波段，仅甚低频的海水透过率相对较高，然而，其承载信息的传输速率极低。光波的带宽大，传输速率高，但是，仅蓝光在水下的透过率高于其它波长。如果可以实现高功率蓝光激光源，则能促进水下高速通信，和水下激光雷达的发展。考虑到相位匹配，常规的四波混频都以纯碱金属蒸汽作为非线性变换介质，为了与原子吸收线宽相匹配，通常采用低功率的极窄线宽二极管激光进行泵浦，所产生的蓝光激光功率较低。高功率二极管泵浦源的线宽很难压窄至与碱金属原子的吸收线宽相匹配，未被吸收的剩余泵浦光所产生的废热，严重威胁四波混频的效率。因此，只能通过引入缓冲气体，利用碰撞加宽来提高碱金属原子的吸收线宽。

在本工作中，该团队在前期高功率碱金属近红外激光研究的基础上，提出了基于铷-氦准分子的四波混频过程产生蓝光激光的新机制。团队利用约778 nm双光子激发，在满足能量守恒和动量守恒条件之后，按照X2Σ+1/2→K2Σ+1/2/I2Π3/2→H2Σ+1/2/G2Π3/2→X2Σ+1/2路径，产生约420 nm激光。研究发现，在纯铷蒸汽中，常规的铷原子四波混频产生的蓝光激光波长不变;而在准分子四波混频中，受势能曲线连续变化的影响，所产生的激光波长具有小范围的可调谐性。

随后，该团队又利用约760 nm双光子激发铷-氦准分子，实现了波长可微调的蓝光激光，再次证实了准分子参与四波混频过程，并发现了准分子存在超宽带吸收效应。团队通过对激发光谱的研究，揭示了泵浦激光波长在宽范围调谐的情况下，持续产生的420 nm荧光主要通过5种物理机制得以实现。

上述两项工作分别以“Rb-He excimer involved in four-wave mixing process to produce redshifted collimated blue light”和“Ultra-broadband excitation spectra of Rb-He mixture and wavelength-tunable 420 nm collimated light generated under 760 nm two-photon excitation”为题，发表在《光学快报》(Optics Express)和《光学通讯》(Optics Communications)上。上述工作得到了国家自然科学基金、辽宁省自然科学基金、中国科学院青促会、大连市高层次人才创新支持计划、我所创新基金等项目的资助(文/图 胡墅)。

审核编辑 黄宇