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       近日，河北工业大学先进激光技术研究中心团队与澳大利亚麦考瑞大学、日本千叶大学和哈尔滨理工大学合作，成功在金刚石拉曼激光振荡器中实现了大波长拓展的拉曼涡旋光直接输出。相关研究成果以“Diamond Raman Vortex Lasers”为题发表于《ACS Photonics》，并入选封面文章。近日，该成果得到国际最大激光门户网站Laser Focus World的头条报道，同时登上最近一期的Photonics Hot List。

       金刚石凭借其宽光谱透过范围和优异的热物理特性，展现出在涡旋光波长拓展方面的独特优势与巨大潜力。我中心团队创新性地将简单高效的腔内涡旋光产生方式——离轴泵浦，与传统的外腔双镜驻波型金刚石拉曼振荡器相结合，采用1 μm激光作为泵浦光源，通过精确调控谐振腔输出镜的离轴角度，在一阶和二阶金刚石拉曼振荡器中，分别获得了1.2 μm和1.5 μm的拉曼激光输出，并成功实现高斯基模、厄米-高斯（HG）模式以及拉盖尔-高斯（LG）模式的高质量光束调控。

       一阶拉曼涡旋光束

       在一阶金刚石拉曼转换实验中，研究团队采用在一阶拉曼波长处透过率低于0.5%的输出镜，并构建了准共心型谐振腔结构。通过精确调控输出镜在不同方向的旋转角度，他们成功获得了如图 1(a) 所示的多种模式的1.2 μm激光输出。其中，当谐振腔处于准直状态时，激光输出呈现高斯基模；当输出镜分别在水平和垂直平面方向上离轴旋转时，产生HG1,0和HG0,1模式输出；当输出镜沿45°斜对角方向旋转时，则获得具有中空强度分布的LG模式输出。进一步地，通过对LG模式光束进行干涉测量（如图 2(b) 所示），证实其具有螺旋相位分布，表明其为涡旋光束。对应的光谱特性如图 2(c) 所示。在最大泵浦功率下，实验分别实现了65.5 W的高斯基模激光输出和42.2 W的LG模式输出，对应的转换效率分别为23.8%和15.3%。

       二阶拉曼涡旋光束

       为了进一步拓展拉曼涡旋光的工作波长范围，研究团队在二阶金刚石拉曼振荡器中采用相同的离轴调控方法，成功获得了不同模式的1.5 μm激光输出，实验结果如图2所示。在最大泵浦功率下，分别实现了119.4 W的高斯基模输出和22.2 W的LG模式二阶Stokes输出，进一步验证了该方法在高阶拉曼转换中的有效性和可扩展性。

       总结与展望

       作为一种性能优异的新型光学晶体，金刚石因其宽光谱透过范围和卓越的热学特性，在近年受到广泛关注并取得快速发展。我中心团队创新性地将简单的离轴泵浦方式与传统的外腔金刚石拉曼振荡器相结合，首次在一阶及级联金刚石拉曼振荡器中实现了1.2 μm和1.5 μm金刚石涡旋光的直接输出。这一研究不仅展现了金刚石在涡旋光波长拓展方面的独特优势，也进一步拓宽了金刚石激光技术的应用边界，为高功率、多波长涡旋光的高效产生提供了全新思路和技术支撑。

       论文链接：https://doi.org/10.1021/acsphotonics.4c01852