近日，河北工業大學呂志偉教授課題組，在金剛石拉曼振蕩器中首次實現結構光束輸出，該實驗驗證了基于金剛石晶體有望實現高功率、寬波段及高光束質量的結構光束產生。

產生、調控具有特定空間振幅、相位及偏振的各型結構高斯光束是開展光場調控物理及應用研究的基礎。當下廣泛采用的產生及調控手段是對傳統激光器輸出的基模高斯光束(TEM00)進行復振幅調制，以獲得目標結構光場的空間復振幅結構。該技術途徑雖然可高精度的產生任意標量及矢量高階模式，但存在輸出功率低和光束質量差等問題。因此，由激光器直接輸出特定或可調諧結構高斯光束逐漸成為研究熱點。通常，在傳統的反轉粒子激光器中，受限于激光介質固有的熒光光譜范圍和熱效應等問題，難以實現結構光的波長拓展以及高功率輸出。

因此，基于非線性轉換的結構光以其在波長拓展中的優勢吸引了諸多科研共作者的關注。

與傳統的激光介質相比，金剛石晶體不但具有已知拉曼晶體中最大的拉曼頻移(1332.3 cm-1)，高拉曼增益系數(~10 cm/GW@1 μm)，而且具有超高熱導率(＞2000 Wm-1K-1)和極寬的光譜透過范圍(從0.23 μm至>10 μm)。使得金剛石拉曼振蕩器在獲得高功率、寬波段以及輸出穩定的結構光束輸出方面具有巨大潛能。

近日，白振旭教授領銜將傳統的外腔拉曼振蕩器與簡單的結構光場產生方法相結合，采用1 μm高斯激光作為泵浦源，結合雙通離軸泵浦方式，通過外腔金剛石拉曼轉換直接獲得了拓撲荷(m)可調諧的高階LG宇稱疊加模式LG0,m激光輸出，諧振腔結構如圖1所示。

圖1 高階LG金剛石拉曼諧振腔結構示意圖

在實驗中，通過對輸出鏡在水平和垂直平面的旋轉調節來達到離軸泵浦效果，受限于腔鏡偏轉對諧振腔穩定性和拉曼產生閾值的影響，最終得到了m可調諧范圍0-9、波長1.2 μm的LG0,m一階Stokes激光輸出，圖2(a)-(c)為部分實驗光斑圖樣，圖2(d)為對應的輸出光譜圖。這是首次在金剛石晶體中直接獲得高階LG模式激光輸出。

圖2 (a)-(c)實驗得到的部分輸出光斑圖樣及(h)光譜圖

該研究表明，金剛石拉曼激光器在獲得高穩定、高功率結構光輸出方面具有巨大潛能，結合金剛石的優異光熱特性及其相關非線性變換(級聯拉曼、布里淵轉換等)，有望進一步拓展金剛石激光器的邊界，并突破當前結構光工作波長及功率極限