De siste årene har Brillouin-lasere tiltrukket seg stor interesse, blant annet de mest studerte bølgeleder Brillouin-laserne har realisert lavstøy, lavterskel, smal linjebredde laserstråling og har blitt brukt på optiske klokker og gyroskoper, ultrastabile lasere og mikrobølger. fotonikk. Imidlertid har problemene som den guidede bølgestrukturen står overfor, slik som vanskeligheten med kraftforbedring og vanskeligheten med å utvide driftsbølgelengden, begrenset bruken av Brillouin-lasere i retningene for gravitasjonsbølgedeteksjon og langdistanse spektroskopisk høyoppløsning. målinger.
I lys av dette har Zhenxu Bai et al. ved Hebei University of Technology foreslo et opplegg for å realisere en Brillouin-laser som opererer ledig plass ved å bruke diamantkrystaller som Brillouin-forsterkningsmedium, og rapporterte direkte stråling av en Brillouin-laser med diamanter for første gang på den internasjonale arenaen i 2020, og oppnådde en synlig Brillouin-laserutgang med en effekt på 11 W, som er en størrelsesorden høyere sammenlignet med guidede-bølge Brillouin-lasere. Deretter, i 2022, utvidet teamet utgangsbølgelengden fra det synlige båndet til det nær infrarøde og oppnådde stabil enkeltfrekvenslaserdrift med en effekt på opptil 22,5 W og et signal-til-støyforhold på 71,8 dB.
Det viktige spørsmålet om hvorvidt friromsstrukturerte Brillouin-lasere har samme linjebredde-innsnevringsegenskaper som guidede bølgestrukturerte Brillouin-lasere er imidlertid ikke besvart.
Nylig svarte teamet vellykket på dette spørsmålet i en artikkel med tittelen "Linewidth narrowing in free-space-running diamant Brillouin lasers" publisert i det akademiske tidsskriftet High Power Laser Science and Engineering. Artikkelen med tittelen "Linewidth narrowing in free-space-running diamond Brillouin lasers", publisert i det akademiske tidsskriftet High Power Laser Science and Engineering, har besvart spørsmålet ovenfor, og for første gang, en enkeltfrekvens Brillouin-laser med en linjebredde innsnevring på mer enn en faktor 4 er oppnådd i en kontinuerlig løpende diamant Brillouin laser.
En direkte pumpet ringhulestruktur ble brukt for å realisere den doble resonansen til pumpelys og Stokes-lys ved PDH-hulromslåseteknikk, der linjebredden til pumpelyset var 7,36 kHz. Ved å bruke tre sett med koblede speil med forskjellig reflektivitet på 96 prosent, 97 prosent og 98,5 prosent for de komparative eksperimentene, ble de tilsvarende linjebreddene til Stokes-lyset målt til å være 3,2 kHz, 2,43 kHz og 1,77 kHz, sammenlignet med pumpen lys, er linjebreddekompresjonen realisert, og det høyeste kompresjonsforholdet når 4,2 ganger. Under maksimal pumpeeffekt var den tilsvarende Stokes-lysutgangseffekten for de tre reflektansene 22,5 W, 16,9 W og 13,6 W, med tilsvarende optiske konverteringseffektiviteter på henholdsvis 37,5 prosent, 29,1 prosent og 23,4 prosent.
Forskningsresultatene viser at ved å bruke de fleksible strukturelle egenskapene til Brillouin-oscillatoren med ledig plass, forventes det å realisere enkeltfrekvenslaserutgang med smalere linjebredde, høyere effekt og rikere bølgelengder i fremtiden ved å redusere tapet av intrakavitetskomponenter, optimalisere oscillatorens design og justering av pumpeparametrene, og forskningsresultatene er av stor betydning for å fremme utvikling og anvendelse av høykoherens laserteknologi.
