Under de senaste åren har Brillouin-lasrar tilldragit sig stort intresse, bland vilka de mest studerade vågledar-Brillouin-lasrarna har realiserat lågbrus, lågtröskelstrålning med smal linjebredd och har applicerats på optiska klockor och gyroskop, ultrastabila lasrar och mikrovågor. fotonik. Emellertid har problemen med den styrda vågstrukturen, såsom svårigheten med effektförbättring och svårigheten att utöka den operativa våglängden, begränsat tillämpningen av Brillouin-lasrar i riktningarna för gravitationsvågdetektering och långdistans högupplöst spektroskopisk mätningar.
Mot bakgrund av detta har Zhenxu Bai et al. vid Hebei University of Technology föreslog ett schema för att realisera en frirymdsopererande Brillouin-laser genom att använda diamantkristaller som Brillouin-förstärkningsmedium, och rapporterade direktstrålningen av en Brillouin-diamantlaser för första gången på den internationella arenan 2020, vilket fick en synlig Brillouin-lasereffekt med en effekt på 11 W, vilket är en storleksordning högre jämfört med Brillouin-lasrar med styrd våg. Därefter, 2022, utökade teamet den utgående våglängden från det synliga bandet till det nära infraröda och uppnådde stabil enkelfrekvenslaserdrift med en effekt på upp till 22,5 W och ett signal-brusförhållande på 71,8 dB.
Den viktiga frågan om huruvida frirumsstrukturerade Brillouin-lasrar har samma linjebreddsavsmalnande egenskaper som Brillouin-lasrar med styrd vågstruktur har inte besvarats.
Nyligen besvarade teamet framgångsrikt denna fråga i en artikel med titeln "Linewidth narrowing in free-space-running diamond Brillouin-lasers" publicerad i den akademiska tidskriften High Power Laser Science and Engineering. Uppsatsen med titeln "Linewidth narrowing in free-space-running diamond Brillouin lasers", publicerad i den akademiska tidskriften High Power Laser Science and Engineering, har framgångsrikt besvarat ovanstående fråga, och för första gången, en enkelfrekvens Brillouin-laser med en linjebreddsavsmalning på mer än en faktor 4 har erhållits i en kontinuerligt löpande diamant Brillouin-laser.
En direktpumpad ringkavitetsstruktur användes för att realisera den dubbla resonansen av pumpljus och Stokes-ljus genom PDH-kavitetslåsningsteknik, där pumpljusets linjebredd var 7,36 kHz. Genom att använda tre uppsättningar kopplade speglar med olika reflektionsförmåga på 96 procent, 97 procent och 98,5 procent för de jämförande experimenten, mättes motsvarande linjebredder för Stokes-ljuset till 3,2 kHz, 2,43 kHz och 1,77 kHz, jämfört med pumpen ljus, realiseras linjebreddskompressionen och det högsta kompressionsförhållandet når 4,2 gånger. Under den maximala pumpeffekten var motsvarande Stokes ljusutgångseffekt för de tre reflektanserna 22,5 W, 16,9 W och 13,6 W, med motsvarande optiska omvandlingseffektiviteter på 37,5 procent, 29,1 procent respektive 23,4 procent.
Forskningsresultaten visar att med hjälp av de flexibla strukturella egenskaperna hos Brillouin-oscillatorn med fritt utrymme, förväntas den realisera enfrekvent laserutgång med smalare linjebredd, högre effekt och rikare våglängder i framtiden genom att minska förlusten av intrakavitetskomponenter, vilket optimerar oscillatordesignen och justeringen av pumpparametrarna, och forskningsresultaten är av stor betydelse för att främja utvecklingen och tillämpningen av högkoherens laserteknologi.
