近日，我所氧碘化學(xué)激光器效率和光腔研究研究組(703組)胡墅項(xiàng)目研究員、郭敬為研究員、譚彥楠研究員團(tuán)隊提出了一種基于銣-氦準(zhǔn)分子參與的四波混頻過程產(chǎn)生波長可微調(diào)藍(lán)光激光的新方法。該方法利用雙光子激發(fā)銣-氦準(zhǔn)分子，隨后準(zhǔn)分子能級全程參與四波混頻，產(chǎn)生了420 nm激光，波長可調(diào)諧范圍達(dá)到了0.5 nm。團(tuán)隊通過準(zhǔn)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(lán)光激光器的研制提供了機(jī)理驗(yàn)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(lán)光在水下的透過率高于其它波長。如果可以實(shí)現(xiàn)高功率藍(lán)光激光源，則能促進(jìn)水下高速通信，和水下激光雷達(dá)的發(fā)展。考慮到相位匹配，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(zhì)，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(jìn)行泵浦，所產(chǎn)生的藍(lán)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(chǎn)生的廢熱，嚴(yán)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(tuán)隊在前期高功率堿金屬近紅外激光研究的基礎(chǔ)上，提出了基于銣-氦準(zhǔn)分子的四波混頻過程產(chǎn)生藍(lán)光激光的新機(jī)制。團(tuán)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(chǎn)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(chǎn)生的藍(lán)光激光波長不變;而在準(zhǔn)分子四波混頻中，受勢能曲線連續(xù)變化的影響，所產(chǎn)生的激光波長具有小范圍的可調(diào)諧性。

隨后，該團(tuán)隊又利用約760 nm雙光子激發(fā)銣-氦準(zhǔn)分子，實(shí)現(xiàn)了波長可微調(diào)的藍(lán)光激光，再次證實(shí)了準(zhǔn)分子參與四波混頻過程，并發(fā)現(xiàn)了準(zhǔn)分子存在超寬帶吸收效應(yīng)。團(tuán)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(diào)諧的情況下，持續(xù)產(chǎn)生的420 nm熒光主要通過5種物理機(jī)制得以實(shí)現(xiàn)。

上述兩項(xiàng)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(xué)快報》(Optics Express)和《光學(xué)通訊》(Optics Communications)上。上述工作得到了國家自然科學(xué)基金、遼寧省自然科學(xué)基金、中國科學(xué)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(xiàng)目的資助(文/圖 胡墅)。

審核編輯 黃宇