鉆石是激光器一種特別有趣的材料，主要有兩個(gè)原因：鉆石的高熱導(dǎo)率意味著有可能制造出同時(shí)具有高穩(wěn)定性和高功率的微型激光器，與其他材料相比，鉆石音傳播速度也要高得多，這為激光器提供了在難以到達(dá)的毫米波波段，直接合成頻率的次要能力。在發(fā)表在《應(yīng)用物理快報(bào)·光子學(xué)》期刊上的研究，研究人員表明：鉆石中的光聲相互作用特別強(qiáng)。

研究人員還展示了第一臺(tái)使用鉆石的臺(tái)式布里淵激光器。這一結(jié)果是一項(xiàng)突破，因?yàn)樗鼮椴祭餃Y激光器提供了一種非常實(shí)用的方法，大大提高了性能范圍。

與早期布里淵激光器相比，鉆石版本的激光器，無(wú)需限制波導(dǎo)中的光波或聲波來(lái)增強(qiáng)相互作用。這意味著布里淵激光器在尺寸上可以更容易地縮放，并且在控制激光特性和增加功率方面具有更大的靈活性。

鉆石為開(kāi)始開(kāi)發(fā)布里淵激光器的獨(dú)特特性提供了一種新途徑。只有極少量的廢能沉積在載音材料中。這導(dǎo)致了一系列功能，包括具有超純和穩(wěn)定輸出頻率的光束生成，新頻率的生成，以及潛在的具有異常高效率的激光器。麥格理大學(xué)的里奇·米爾德倫(Rich Mildren)表示：這一發(fā)展提供了一條通往高功率激光器的新途徑，這種激光器效率極高，具有微妙的頻率特性，如低相位噪聲和窄線寬。

這些特性是對(duì)無(wú)噪聲頻率特性要求最高標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用所需的特性，如超靈敏的引力波探測(cè)或操縱量子計(jì)算機(jī)中的大型量子位陣列。另一個(gè)突破性的成果是：鉆石可以合成超出微波波段非常純凈的頻率。由于鉆石中的聲速非常高，高達(dá)18千米/秒，比空氣傳播速度高了太多，輸入泵浦光束和激光線之間的頻率間隔，比其他材料中的頻率間隔要高出許多倍。

這一特性可用于通過(guò)一種稱(chēng)為光混頻的技術(shù)在毫米波波段(30-300 GHz)產(chǎn)生頻率。布里淵激光合成這些頻率很重要，因?yàn)橛幸环N內(nèi)在機(jī)制可以將頻率噪聲降低到下一代雷達(dá)和無(wú)線通信系統(tǒng)所需的水平，這一直是電子學(xué)或其他基于光子發(fā)電方案面臨的主要挑戰(zhàn)。到目前為止，這項(xiàng)研究已經(jīng)量化了鉆石中光-聲相互作用的強(qiáng)度，這是預(yù)測(cè)未來(lái)設(shè)計(jì)和性能的基本參數(shù)。

研究還演示了一種功率在10W以上的實(shí)用裝置，該項(xiàng)目的首席博士生白振旭博士說(shuō)：我們現(xiàn)在可以開(kāi)始以一種新的方式來(lái)考慮布里淵激光器的設(shè)計(jì)，而不是將其作為一種僅限于小型導(dǎo)波結(jié)構(gòu)的現(xiàn)象，或者作為光纖激光器的有害影響。研究作者們正在將他們未來(lái)的工作重點(diǎn)，放在擴(kuò)大激光能力的范圍上，方法是展示具有更高頻率純度和功率的激光器，以支持量子科學(xué)、無(wú)線通信和傳感領(lǐng)域的未來(lái)進(jìn)步。

博科園｜研究/來(lái)自：澳大利亞研究理事會(huì)

參考期刊《應(yīng)用物理快報(bào)·光子學(xué)》

DOI: 10.1063/1.5134907

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