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(wěn)定可靠等優(yōu)勢。近紅外光纖激光器的單通和頻或倍頻為可見激光的產(chǎn)生提供了一種緊湊、可靠的解決方案。單頻可見激光的功率通常受限于相應的基頻光功率。然而，光纖激光器纖芯截面小、相互作用距離長，易產(chǎn)生各種非線性效應，尤其是受激布里淵散射（SBS）嚴重限制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。對于拉曼光纖激光器，其增益與泵浦功率相關，要實現(xiàn)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(xiàn)高功率單頻拉曼激光。目前，已有多種方法用于抑制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(shù)值孔徑的增益光纖、高摻雜增益光纖等。其中，相位調制是抑制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(yōu)點，通過展寬單頻激光線寬，降低激光功率譜密度以抑制SBS，在光纖激光器中已經(jīng)實現(xiàn)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，相位調制后的激光通過倍頻等過程，僅管可以實現(xiàn)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，這是相位調制激光通過頻率變換產(chǎn)生高功率單頻可見激光所面臨的困難。1988年Strickland和Mourou提出的啁啾脈沖放大技術（CPA），已廣泛應用于解決放大器中的非線性光學損傷問題，使脈沖激光能量得到巨大飛躍，是實現(xiàn)大能量脈沖激光輸出的典型方法。然而，在高功率連續(xù)單頻激光領域，實現(xiàn)連續(xù)激光光譜壓縮的方案十分有限，且均存在輸出功率低等一系列問題。因此，通過光纖激光非線性頻率變換過程，實現(xiàn)波長靈活的高功率單頻可見激光，所面臨的光譜展寬問題亟待解決。

近日，國科大杭州高等研究院物理與光電工程學院陳衛(wèi)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衍研究員團隊，為解決相位調制激光在非線性頻率變換過程中所面臨的光譜展寬問題，提出了相位求和的連續(xù)激光光譜壓縮技術，并通過理論仿真與實驗研究獲得證實。實現(xiàn)對連續(xù)激光有效的光譜壓縮，并獲得高光譜純度的單頻可見激光。該方法在基于拉曼光纖放大器的激光系統(tǒng)中開展實驗，對兩個用于拉曼放大的單頻激光種子通過相位調制進行光譜展寬，以抑制光纖拉曼放大器中的SBS，獲得高功率激光輸出，并進一步在周期性極化的化學計量比鉭酸鋰晶體（PPSLT）中進行單通和頻。當兩個單頻激光種子的相位調制信號具有相同的頻率，還具有產(chǎn)生相同調制深度的幅值，但信號間相位相反時，和頻產(chǎn)生的上變頻激光恢復為單頻，最終實現(xiàn)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(xiàn)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(fā)表在High Power Laser Science and Engineering 2023年第11期的文章

相位求和的連續(xù)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制，通過對連續(xù)激光進行非線性光譜壓縮，在基于正弦相位調制激光拉曼光纖放大的和頻系統(tǒng)中得到了實驗驗證，產(chǎn)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制方式，一方面能夠展寬單頻激光光譜，抑制拉曼光纖激光放大過程中的SBS，實現(xiàn)高功率激光輸出；另一方面根據(jù)和頻過程中激光相位求和效應，對相位調制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。這種用于高功率單頻激光產(chǎn)生方法類似于CPA，但區(qū)別在于該方法針對連續(xù)激光光譜進行展寬、放大以及壓縮。該方法在產(chǎn)生用于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面顯示出巨大的優(yōu)勢；同時也進一步為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(xiàn)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(yōu)勢和應用前景。

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