高功率单频可见激光在天文探测、量子信息技术、激光遥感、原子物理等领域有着重要的应用，一直是激光技术领域的研究热点。光纤激光器特别是拉曼光纤激光器，具有波长灵活、输出功率高、稳定可靠等优势。近红外光纤激光器的单通和频或倍频为可见激光的产生提供了一种紧凑、可靠的解决方案。单频可见激光的功率通常受限于相应的基频光功率。然而，光纤激光器纤芯截面小、相互作用距离长，易产生各种非线性效应，尤其是受激布里渊散射（SBS）严重限制了单频光纤激光的输出功率，这也是单频可见激光功率无法进一步提升的主要原因。对于拉曼光纤激光器，其增益与泵浦功率相关，要实现特殊波长应用的功率需求，在高功率泵浦条件下依然需要较长的拉曼光纤，这将导致SBS阈值进一步减小，难以实现高功率单频拉曼激光。目前，已有多种方法用于抑制光纤激光放大过程中的SBS，如对增益光纤施加梯度温度或纵向应力梯度、设计特殊结构的增益光纤、使用大芯径小数值孔径的增益光纤、高掺杂增益光纤等。其中，相位调制是抑制SBS最典型的方法，是目前获得千瓦量级高功率光纤激光最有效的技术，具有简单、灵活的优点，通过展宽单频激光线宽，降低激光功率谱密度以抑制SBS，在光纤激光器中已经实现了超过3 kW近衍射极限的单模保偏激光输出。值得注意的是，相位调制后的激光通过倍频等过程，仅管可以实现千瓦功率的可见激光运转，但获得的可见激光光谱展宽，不再是单频激光，无法满足单频激光应用需求，这是相位调制激光通过频率变换产生高功率单频可见激光所面临的困难。1988年Strickland和Mourou提出的啁啾脉冲放大技术（CPA），已广泛应用于解决放大器中的非线性光学损伤问题，使脉冲激光能量得到巨大飞跃，是实现大能量脉冲激光输出的典型方法。然而，在高功率连续单频激光领域，实现连续激光光谱压缩的方案十分有限，且均存在输出功率低等一系列问题。因此，通过光纤激光非线性频率变换过程，实现波长灵活的高功率单频可见激光，所面临的光谱展宽问题亟待解决。

近日，国科大杭州高等研究院物理与光电工程学院陈卫标教授工作室曾鑫博士，及中国科学院上海光学精密机械研究所冯衍研究员团队，为解决相位调制激光在非线性频率变换过程中所面临的光谱展宽问题，提出了相位求和的连续激光光谱压缩技术，并通过理论仿真与实验研究获得证实。实现对连续激光有效的光谱压缩，并获得高光谱纯度的单频可见激光。该方法在基于拉曼光纤放大器的激光系统中开展实验，对两个用于拉曼放大的单频激光种子通过相位调制进行光谱展宽，以抑制光纤拉曼放大器中的SBS，获得高功率激光输出，并进一步在周期性极化的化学计量比钽酸锂晶体（PPSLT）中进行单通和频。当两个单频激光种子的相位调制信号具有相同的频率，还具有产生相同调制深度的幅值，但信号间相位相反时，和频产生的上变频激光恢复为单频，最终实现了17.3W的高光谱纯度的单频590 nm激光，倍频效率高达39.3%。在不考虑单频可见激光输出时，实现了21.4 W窄线宽激光运转，倍频效率43.3%。该方案的提出突显出相位变换在精密激光技术混频过程中的重要性。

成果发表在High Power Laser Science and Engineering 2023年第11期的文章

相位求和的连续激光光谱压缩技术，利用和频过程中的相位求和效应，避免了单频激光功率放大过程中的非线性限制，通过对连续激光进行非线性光谱压缩，在基于正弦相位调制激光拉曼光纤放大的和频系统中得到了实验验证，产生了20 W级的高光谱纯度单频590nm激光。该技术通过特定的相位调制方式，一方面能够展宽单频激光光谱，抑制拉曼光纤激光放大过程中的SBS，实现高功率激光输出；另一方面根据和频过程中激光相位求和效应，对相位调制的高功率拉曼激光光谱进行压缩，获得高功率单频可见激光。这种用于高功率单频激光产生方法类似于CPA，但区别在于该方法针对连续激光光谱进行展宽、放大以及压缩。该方法在产生用于高精度应用的高功率、高光谱质量的单频可见光或紫外激光器方面显示出巨大的优势；同时也进一步为类似的相位变换方法在差频（相位相减）、四波混频（相位相加和相减）等非线性混频过程实现光谱压缩提供了有力支撑，突显该类相位变换方法在非线性光学和高功率激光技术中的巨大优势和应用前景。

国科大杭高院物理与光电工程学院博士后曾鑫为本论文的第一作者，中国科学院上海光学精密机械研究所冯衍研究员为本论文的通讯作者。该项目获得了国家自然科学基金支持。