钻石很贵,但还真有用!世界上第一台钻石布里渊激光器诞生!

钻石是激光器一种特别有趣的材料,主要有两个原因:钻石的高热导率意味着有可能制造出同时具有高稳定性和高功率的微型激光器,与其他材料相比,钻石音传播速度也要高得多,这为激光器提供了在难以到达的毫米波波段,直接合成频率的次要能力。在发表在《应用物理快报·光子学》期刊上的研究,研究人员表明:钻石中的光声相互作用特别强。

研究人员还展示了第一台使用钻石的台式布里渊激光器。这一结果是一项突破,因为它为布里渊激光器提供了一种非常实用的方法,大大提高了性能范围。

与早期布里渊激光器相比,钻石版本的激光器,无需限制波导中的光波或声波来增强相互作用。这意味着布里渊激光器在尺寸上可以更容易地缩放,并且在控制激光特性和增加功率方面具有更大的灵活性。

钻石为开始开发布里渊激光器的独特特性提供了一种新途径。只有极少量的废能沉积在载音材料中。这导致了一系列功能,包括具有超纯和稳定输出频率的光束生成,新频率的生成,以及潜在的具有异常高效率的激光器。麦格理大学的里奇·米尔德伦(Rich Mildren)表示:这一发展提供了一条通往高功率激光器的新途径,这种激光器效率极高,具有微妙的频率特性,如低相位噪声和窄线宽。

这些特性是对无噪声频率特性要求最高标准应用所需的特性,如超灵敏的引力波探测或操纵量子计算机中的大型量子位阵列。另一个突破性的成果是:钻石可以合成超出微波波段非常纯净的频率。由于钻石中的声速非常高,高达18千米/秒,比空气传播速度高了太多,输入泵浦光束和激光线之间的频率间隔,比其他材料中的频率间隔要高出许多倍。

这一特性可用于通过一种称为光混频的技术在毫米波波段(30-300 GHz)产生频率。布里渊激光合成这些频率很重要,因为有一种内在机制可以将频率噪声降低到下一代雷达和无线通信系统所需的水平,这一直是电子学或其他基于光子发电方案面临的主要挑战。到目前为止,这项研究已经量化了钻石中光-声相互作用的强度,这是预测未来设计和性能的基本参数。

研究还演示了一种功率在10W以上的实用装置,该项目的首席博士生白振旭博士说:我们现在可以开始以一种新的方式来考虑布里渊激光器的设计,而不是将其作为一种仅限于小型导波结构的现象,或者作为光纤激光器的有害影响。研究作者们正在将他们未来的工作重点,放在扩大激光能力的范围上,方法是展示具有更高频率纯度和功率的激光器,以支持量子科学、无线通信和传感领域的未来进步。

博科园|研究/来自:澳大利亚研究理事会

参考期刊《应用物理快报·光子学》

DOI: 10.1063/1.5134907

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