В последние годы большой интерес вызывают бриллюэновские лазеры, среди которых наиболее широко изучены волноводные бриллюэновские лазеры, реализующие малошумное низкопороговое лазерное излучение с узкой шириной линии и применяемые в оптических часах и гироскопах, сверхстабильных лазерах и микроволновых фотоника. Однако проблемы, с которыми сталкивается волноводная структура, такие как трудности увеличения мощности и трудности расширения рабочей длины волны, ограничивают применение бриллюэновских лазеров в направлениях регистрации гравитационных волн и спектроскопии дальнего действия с высоким разрешением. измерения.
Ввиду этого Zhenxu Bai et al. в Хэбэйском технологическом университете предложили схему реализации бриллюэновского лазера, работающего в свободном пространстве, с использованием кристаллов алмаза в качестве усиливающей среды бриллюэна и впервые сообщили о прямом излучении алмазного бриллюэновского лазера на международной арене в 2020 году, получив бриллюэновский лазер видимого диапазона мощностью 11 Вт, что на порядок выше по сравнению с волноводными бриллюэновскими лазерами. Впоследствии, в 2022 году, команда расширила выходную длину волны с видимого диапазона до ближнего инфракрасного и добилась стабильной работы одночастотного лазера с мощностью до 22,5 Вт и отношением сигнал/шум 71,8 дБ.
Однако на важный вопрос о том, имеют ли бриллюэновские лазеры со структурой в свободном пространстве те же характеристики сужения ширины линии, что и у бриллюэновских лазеров со структурой волновода, ответа нет.
Недавно команда успешно ответила на этот вопрос в статье под названием «Сужение ширины линии в алмазных бриллюэновских лазерах, движущихся в свободном пространстве», опубликованной в академическом журнале High Power Laser Science and Engineering. В статье под названием «Сужение ширины линии в алмазных бриллюэновских лазерах в свободном пространстве», опубликованной в академическом журнале High Power Laser Science and Engineering, успешно дан ответ на поставленный выше вопрос, и впервые одночастотный бриллюэновский лазер с сужение ширины линии более чем в 4 раза было получено в алмазном бриллюэновском лазере непрерывного действия.
Структура кольцевого резонатора с прямой накачкой использовалась для реализации двойного резонанса света накачки и света Стокса с помощью метода блокировки резонатора PDH, в котором ширина линии света накачки составляла 7,36 кГц. Используя три набора связанных зеркал с различной отражательной способностью 96%, 97% и 98,5% для сравнительных экспериментов, соответствующие ширины линий стоксова света были измерены и составили 3,2 кГц, 2,43 кГц и 1,77 кГц по сравнению с накачкой. light реализуется сжатие по ширине строки, а максимальная степень сжатия достигает 4,2 раза. При максимальной мощности накачки соответствующая выходная мощность стоксова света для трех коэффициентов отражения составила 22,5 Вт, 16,9 Вт и 13,6 Вт с соответствующими коэффициентами оптического преобразования 37,5%, 29,1% и 23,4% соответственно.
Результаты исследования показывают, что, используя гибкие структурные характеристики генератора Бриллюэна в свободном пространстве, ожидается, что в будущем будет реализован одночастотный лазерный выход с более узкой шириной линии, более высокой мощностью и более богатыми длинами волн за счет снижения потерь внутрирезонаторных компонентов, оптимизации. конструкция генератора и настройка параметров накачки, а также результаты исследований имеют большое значение для развития и применения высококогерентных лазерных технологий.
