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       近日，河北工業大學先進激光技術研究中心團隊與澳大利亞麥考瑞大學、日本千葉大學和哈爾濱理工大學合作，成功在金剛石拉曼激光振蕩器中實現了大波長拓展的拉曼渦旋光直接輸出。相關研究成果以“Diamond Raman Vortex Lasers”為題發表于《ACS Photonics》，并入選封面文章。近日，該成果得到國際最大激光門戶網站Laser Focus World的頭條報道，同時登上最近一期的Photonics Hot List。

       金剛石憑借其寬光譜透過范圍和優異的熱物理特性，展現出在渦旋光波長拓展方面的獨特優勢與巨大潛力。我中心團隊創新性地將簡單高效的腔內渦旋光產生方式——離軸泵浦，與傳統的外腔雙鏡駐波型金剛石拉曼振蕩器相結合，采用1 μm激光作為泵浦光源，通過精確調控諧振腔輸出鏡的離軸角度，在一階和二階金剛石拉曼振蕩器中，分別獲得了1.2 μm和1.5 μm的拉曼激光輸出，并成功實現高斯基模、厄米-高斯（HG）模式以及拉蓋爾-高斯（LG）模式的高質量光束調控。

       一階拉曼渦旋光束

       在一階金剛石拉曼轉換實驗中，研究團隊采用在一階拉曼波長處透過率低于0.5%的輸出鏡，并構建了準共心型諧振腔結構。通過精確調控輸出鏡在不同方向的旋轉角度，他們成功獲得了如圖 1(a) 所示的多種模式的1.2 μm激光輸出。其中，當諧振腔處于準直狀態時，激光輸出呈現高斯基模；當輸出鏡分別在水平和垂直平面方向上離軸旋轉時，產生HG1,0和HG0,1模式輸出；當輸出鏡沿45°斜對角方向旋轉時，則獲得具有中空強度分布的LG模式輸出。進一步地，通過對LG模式光束進行干涉測量（如圖 2(b) 所示），證實其具有螺旋相位分布，表明其為渦旋光束。對應的光譜特性如圖 2(c) 所示。在最大泵浦功率下，實驗分別實現了65.5 W的高斯基模激光輸出和42.2 W的LG模式輸出，對應的轉換效率分別為23.8%和15.3%。

       二階拉曼渦旋光束

       為了進一步拓展拉曼渦旋光的工作波長范圍，研究團隊在二階金剛石拉曼振蕩器中采用相同的離軸調控方法，成功獲得了不同模式的1.5 μm激光輸出，實驗結果如圖2所示。在最大泵浦功率下，分別實現了119.4 W的高斯基模輸出和22.2 W的LG模式二階Stokes輸出，進一步驗證了該方法在高階拉曼轉換中的有效性和可擴展性。

       總結與展望

       作為一種性能優異的新型光學晶體，金剛石因其寬光譜透過范圍和卓越的熱學特性，在近年受到廣泛關注并取得快速發展。我中心團隊創新性地將簡單的離軸泵浦方式與傳統的外腔金剛石拉曼振蕩器相結合，首次在一階及級聯金剛石拉曼振蕩器中實現了1.2 μm和1.5 μm金剛石渦旋光的直接輸出。這一研究不僅展現了金剛石在渦旋光波長拓展方面的獨特優勢，也進一步拓寬了金剛石激光技術的應用邊界，為高功率、多波長渦旋光的高效產生提供了全新思路和技術支撐。

       論文鏈接：https://doi.org/10.1021/acsphotonics.4c01852