【DT半导体】获悉，涡旋光凭借其独特的相位和强度分布，在先进光学和精密加工等领域得到了迅速发展。然而，拓展涡旋光的波长范围并提升其功率，是突破当前应用边界的关键挑战。粒子数反转激光器由于增益介质的光谱限制和严重的热效应问题，在波长扩展和功率提升方面面临瓶颈。
近日，河北工业大学吕志伟、白振旭教授团队与澳大利亚麦考瑞大学 Richard Mildren 教授、日本千叶大学 Takashige Omatsu 教授合作，成功在金刚石拉曼激光振荡器中实现了大波长拓展的拉曼涡旋光直接输出。这一突破性研究成果近期以封面论文形式发表在光学领域权威期刊 ACS Photonics（Chen H., Bai Z., Chen J., Li X., Zhu Z.H., Wang Y., Omatsu T., Mildren R.P. and Lu Z. Diamond Raman Vortex Lasers. ACS Photonics, 2025, 12(2): 864-869）。
在一阶金刚石拉曼转换实验中，研究团队采用在一阶拉曼波长处透过率低于 0.5% 的输出镜，并构建了准共心型谐振腔结构。通过精确调控输出镜在不同方向的旋转角度，他们成功获得了如图 1(a) 所示的多种模式的 1.2 μm 激光输出。其中，当谐振腔处于准直状态时，激光输出呈现高斯基模；当输出镜分别在水平和垂直平面方向上离轴旋转时，产生HG1,0和HG0,1模式输出；当输出镜沿 45° 斜对角方向旋转时，则获得具有中空强度分布的 LG 模式输出。进一步地，通过对 LG 模式光束进行干涉测量（如图 2(b) 所示），证实其具有螺旋相位分布，表明其为涡旋光束。对应的光谱特性如图 2(c) 所示。在最大泵浦功率下，实验分别实现了 65.5 W 的高斯基模激光输出和 42.2 W 的 LG 模式输出，对应的转换效率分别为 23.8% 和 15.3%。
图1. 一阶拉曼涡旋光结果：（a）不同输出镜离轴角度下的一阶Stokes输出模式（b）LG模式干涉结果（c）一阶Stokes输出光谱图
二阶拉曼涡旋光束
为了进一步拓展拉曼涡旋光的工作波长范围，研究团队在二阶金刚石拉曼振荡器中采用相同的离轴调控方法，成功获得了不同模式的 1.5 μm 激光输出，实验结果如图 2 所示。在最大泵浦功率下，分别实现了 119.4 W 的高斯基模输出和 22.2 W 的 LG 模式二阶 Stokes 输出，进一步验证了该方法在高阶拉曼转换中的有效性和可扩展性。
总结与展望
作为一种性能优异的新型光学晶体，金刚石因其宽光谱透过范围和卓越的热学特性，在近年受到广泛关注并取得快速发展。河北工业大学团队创新性地将简单的离轴泵浦方式与传统的外腔金刚石拉曼振荡器相结合，首次在一阶及级联金刚石拉曼振荡器中实现了 1.2 μm 和 1.5 μm 金刚石涡旋光的直接输出。这一研究不仅展现了金刚石在涡旋光波长拓展方面的独特优势，也进一步拓宽了金刚石激光技术的应用边界，为高功率、多波长涡旋光的高效产生提供了全新思路和技术支撑。
团队简介
河北工业大学博士研究生陈晖是该成果的主要完成人，团队负责人为校学术委员会主任兼先进激光技术研究中心主任吕志伟教授。该工作得到了国家自然科学基金以及河北省杰出青年科学基金的资助。团队围绕金刚石拉曼激光、金刚石布里渊激光、金刚石结构光以及金刚石激光器热管理方面开展了系统的研究。团队成员主持包括国家自然科学基金重大科研仪器研制项目、国家重点研发计划项目、国防173重点课题、装备发展部领域基金在内的科研项目百余项，并获中央军委军队科技进步一等奖、河北省技术发明二等奖、中国光学工程学会自然科学奖、“慧眼行动”装备大赛优胜奖等科技奖励10余项，以及国际光学工程学会个人奖、“Rising Stars of Light”一等奖、Functional Diamond优秀青年学者奖等学术奖励10余项。
2025（第五届）碳基半导体材料与器件产业发展论坛
4月10-12日 浙江宁波
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论坛背景
Background of the Forum
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论坛信息
Forum Info
论坛主题：创新·融合（金刚石&"金刚石+"）
论坛时间：2025年4月10-12日
论坛地点：浙江宁波
论坛主席：江南，中国科学院宁波材料技术与工程研究所研究员
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论坛组织
Forum organization
联合主办：
中国科学院宁波材料技术与工程研究所功能碳素实验室
甬江实验室
宁波工程学院
协办单位：
宁波盈诺科技孵化有限公司
支持单位：
河北工业大学先进激光技术研究中心
金刚石激光技术及应用协同创新中心
中关村天合宽禁带半导体技术创新联盟
支持媒体：
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论坛设置
Forum Settings
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核心议题
core subject
**拟定议题，以实际议程为准。欢迎企业和科研单位提供和定制议题方向。
主论坛：碳基半导体的机遇与挑战
（1）新的国际局势与政策导向下的碳基半导体发展趋势研判
（2）AI等未来产业驱动下的碳基半导体的市场需求与前景分析
（3）碳基半导体（金刚石、碳化硅、石墨烯和碳纳米管等）前沿研究进展
（4）碳基半导体器件（金刚石及“金刚石+”）产业化与应用进展
（5）碳基半导体产业投资分析
主题一：金刚石半导体制备与应用探索
（1）大尺寸、低成本金刚石制备技术与产业化推进
（2）高效、低损伤金刚石精密加工技术
（3）金刚石功率器件的热管理解决方案
主题二：“金刚石+”半导体制造与规模化应用
（1）“金刚石+”半导体异质外延生长（金刚石薄膜）
（2）“金刚石+”半导体键合技术
（3）“金刚石+”半导体先进光刻与微纳加工
（4）“金刚石+”半导体先进封装（2.5D/3D集成）
（5）“金刚石+”半导体（SiC、GaN、Ga2O3、AlN、BN）的最新研究进展及其在功率器件、二极管、射频器件、滤波器、热管理等领域应用
主题三：石墨烯&碳纳米管制备以及其在柔性&高速电子设备领域的应用
（1）石墨烯晶圆的大尺寸制备、带隙调控及器件研究
（2）石墨烯在柔性电子和可穿戴设备中的应用
（3）碳纳米管的手性控制与选择性生长
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