近日，我所氧碘化學激光器效率和光腔研究研究組(703組)胡墅項目研究員、郭敬為研究員、譚彥楠研究員團隊提出了一種基于銣-氦準分子參與的四波混頻過程產生波長可微調藍光激光的新方法。該方法利用雙光子激發(fā)銣-氦準分子，隨后準分子能級全程參與四波混頻，產生了420 nm激光，波長可調諧范圍達到了0.5 nm。團隊通過準分子平衡了吸收線寬利用率與四波混頻效率，為高功率堿金屬藍光激光器的研制提供了機理驗證。

海水對大部分電磁波具有天然的屏蔽性。在無線電波段，僅甚低頻的海水透過率相對較高，然而，其承載信息的傳輸速率極低。光波的帶寬大，傳輸速率高，但是，僅藍光在水下的透過率高于其它波長。如果可以實現(xiàn)高功率藍光激光源，則能促進水下高速通信，和水下激光雷達的發(fā)展?？紤]到相位匹配，常規(guī)的四波混頻都以純堿金屬蒸汽作為非線性變換介質，為了與原子吸收線寬相匹配，通常采用低功率的極窄線寬二極管激光進行泵浦，所產生的藍光激光功率較低。高功率二極管泵浦源的線寬很難壓窄至與堿金屬原子的吸收線寬相匹配，未被吸收的剩余泵浦光所產生的廢熱，嚴重威脅四波混頻的效率。因此，只能通過引入緩沖氣體，利用碰撞加寬來提高堿金屬原子的吸收線寬。

在本工作中，該團隊在前期高功率堿金屬近紅外激光研究的基礎上，提出了基于銣-氦準分子的四波混頻過程產生藍光激光的新機制。團隊利用約778 nm雙光子激發(fā)，在滿足能量守恒和動量守恒條件之后，按照X2Σ+1/2→K2Σ+1/2/I2Π3/2→H2Σ+1/2/G2Π3/2→X2Σ+1/2路徑，產生約420 nm激光。研究發(fā)現(xiàn)，在純銣蒸汽中，常規(guī)的銣原子四波混頻產生的藍光激光波長不變;而在準分子四波混頻中，受勢能曲線連續(xù)變化的影響，所產生的激光波長具有小范圍的可調諧性。

隨后，該團隊又利用約760 nm雙光子激發(fā)銣-氦準分子，實現(xiàn)了波長可微調的藍光激光，再次證實了準分子參與四波混頻過程，并發(fā)現(xiàn)了準分子存在超寬帶吸收效應。團隊通過對激發(fā)光譜的研究，揭示了泵浦激光波長在寬范圍調諧的情況下，持續(xù)產生的420 nm熒光主要通過5種物理機制得以實現(xiàn)。

上述兩項工作分別以“Rb-He excimer involved in four-wave mixing process to produce redshifted collimated blue light”和“Ultra-broadband excitation spectra of Rb-He mixture and wavelength-tunable 420 nm collimated light generated under 760 nm two-photon excitation”為題，發(fā)表在《光學快報》(Optics Express)和《光學通訊》(Optics Communications)上。上述工作得到了國家自然科學基金、遼寧省自然科學基金、中國科學院青促會、大連市高層次人才創(chuàng)新支持計劃、我所創(chuàng)新基金等項目的資助(文/圖 胡墅)。

審核編輯 黃宇