高功率單頻可見激光在天文探測、量子信息技術、激光遙感、原子物理等領域有著重要的應用，一直是激光技術領域的研究熱點。光纖激光器特別是拉曼光纖激光器，具有波長靈活、輸出功率高、穩定可靠等優(you) 勢。近紅外光纖激光器的單通和頻或倍頻為(wei) 可見激光的產(chan) 生提供了一種緊湊、可靠的解決(jue) 方案。單頻可見激光的功率通常受限於(yu) 相應的基頻光功率。然而，光纖激光器纖芯截麵小、相互作用距離長，易產(chan) 生各種非線性效應，尤其是受激布裏淵散射（SBS）嚴(yan) 重限製了單頻光纖激光的輸出功率，這也是單頻可見激光功率無法進一步提升的主要原因。對於(yu) 拉曼光纖激光器，其增益與(yu) 泵浦功率相關(guan) ，要實現特殊波長應用的功率需求，在高功率泵浦條件下依然需要較長的拉曼光纖，這將導致SBS閾值進一步減小，難以實現高功率單頻拉曼激光。目前，已有多種方法用於(yu) 抑製光纖激光放大過程中的SBS，如對增益光纖施加梯度溫度或縱向應力梯度、設計特殊結構的增益光纖、使用大芯徑小數值孔徑的增益光纖、高摻雜增益光纖等。其中，相位調製是抑製SBS最典型的方法，是目前獲得千瓦量級高功率光纖激光最有效的技術，具有簡單、靈活的優(you) 點，通過展寬單頻激光線寬，降低激光功率譜密度以抑製SBS，在光纖激光器中已經實現了超過3 kW近衍射極限的單模保偏激光輸出。值得注意的是，相位調製後的激光通過倍頻等過程，僅(jin) 管可以實現千瓦功率的可見激光運轉，但獲得的可見激光光譜展寬，不再是單頻激光，無法滿足單頻激光應用需求，這是相位調製激光通過頻率變換產(chan) 生高功率單頻可見激光所麵臨(lin) 的困難。1988年Strickland和Mourou提出的啁啾脈衝(chong) 放大技術（CPA），已廣泛應用於(yu) 解決(jue) 放大器中的非線性光學損傷(shang) 問題，使脈衝(chong) 激光能量得到巨大飛躍，是實現大能量脈衝(chong) 激光輸出的典型方法。然而，在高功率連續單頻激光領域，實現連續激光光譜壓縮的方案十分有限，且均存在輸出功率低等一係列問題。因此，通過光纖激光非線性頻率變換過程，實現波長靈活的高功率單頻可見激光，所麵臨(lin) 的光譜展寬問題亟待解決(jue) 。

近日，國科大杭州高等研究院物理與(yu) 光電工程學院陳衛標教授工作室曾鑫博士，及中國科學院上海光學精密機械研究所馮(feng) 衍研究員團隊，為(wei) 解決(jue) 相位調製激光在非線性頻率變換過程中所麵臨(lin) 的光譜展寬問題，提出了相位求和的連續激光光譜壓縮技術，並通過理論仿真與(yu) 實驗研究獲得證實。實現對連續激光有效的光譜壓縮，並獲得高光譜純度的單頻可見激光。該方法在基於(yu) 拉曼光纖放大器的激光係統中開展實驗，對兩(liang) 個(ge) 用於(yu) 拉曼放大的單頻激光種子通過相位調製進行光譜展寬，以抑製光纖拉曼放大器中的SBS，獲得高功率激光輸出，並進一步在周期性極化的化學計量比鉭酸鋰晶體(ti) （PPSLT）中進行單通和頻。當兩(liang) 個(ge) 單頻激光種子的相位調製信號具有相同的頻率，還具有產(chan) 生相同調製深度的幅值，但信號間相位相反時，和頻產(chan) 生的上變頻激光恢複為(wei) 單頻，最終實現了17.3W的高光譜純度的單頻590 nm激光，倍頻效率高達39.3%。在不考慮單頻可見激光輸出時，實現了21.4 W窄線寬激光運轉，倍頻效率43.3%。該方案的提出突顯出相位變換在精密激光技術混頻過程中的重要性。

成果發表在High Power Laser Science and Engineering 2023年第11期的文章

相位求和的連續激光光譜壓縮技術，利用和頻過程中的相位求和效應，避免了單頻激光功率放大過程中的非線性限製，通過對連續激光進行非線性光譜壓縮，在基於(yu) 正弦相位調製激光拉曼光纖放大的和頻係統中得到了實驗驗證，產(chan) 生了20 W級的高光譜純度單頻590nm激光。該技術通過特定的相位調製方式，一方麵能夠展寬單頻激光光譜，抑製拉曼光纖激光放大過程中的SBS，實現高功率激光輸出；另一方麵根據和頻過程中激光相位求和效應，對相位調製的高功率拉曼激光光譜進行壓縮，獲得高功率單頻可見激光。這種用於(yu) 高功率單頻激光產(chan) 生方法類似於(yu) CPA，但區別在於(yu) 該方法針對連續激光光譜進行展寬、放大以及壓縮。該方法在產(chan) 生用於(yu) 高精度應用的高功率、高光譜質量的單頻可見光或紫外激光器方麵顯示出巨大的優(you) 勢；同時也進一步為(wei) 類似的相位變換方法在差頻（相位相減）、四波混頻（相位相加和相減）等非線性混頻過程實現光譜壓縮提供了有力支撐，突顯該類相位變換方法在非線性光學和高功率激光技術中的巨大優(you) 勢和應用前景。

國科大杭高院物理與(yu) 光電工程學院博士後曾鑫為(wei) 本論文的第一作者，中國科學院上海光學精密機械研究所馮(feng) 衍研究員為(wei) 本論文的通訊作者。該項目獲得了國家自然科學基金支持。