高功率单频光纤激光器在引力波探测、相干合成、非线性频率转换等领域有着广泛的应用。得益于受激布里渊散射(SBS)的窄带增益，单频布里渊光纤激光器（BFL）具有极窄线宽输出、系统结构简单的优势，成为近年来激光技术领域的研究热点。2009年，美国Rochester大学利用布里渊/掺镱混合增益实现了1 W的1080 nm BFL。2013~2014年，上海交通大学仅利用布里渊增益分别实现了1.04 W的1540 nm BFL和1.08 W的2003 nm BFL。2015年，北京工业大学采用同样的增益方式实现了1.4 W的1064 nm BFL。2020年，天津大学利用布里渊/掺铥混合增益实现了344 mW的1956 nm BFL。目前，BFL均采用单模光纤作为斯托克斯(Stokes)光的产生介质，当其功率提升到一定程度时，二阶Stokes光被激发，从而限制了输出功率的进一步提升。

为了提高二阶Stokes光产生阈值、进一步提升BFL的输出功率，国防科技大学在国际上首次开展了基于大模场光纤的BFL相关研究，获得了4.9 W的单频激光输出功率，该结果为目前公开报道的BFL的最高功率。实验装置如图1所示。一台1064 nm单频光纤激光器作为泵浦源(Pump laser)，其输出光纤纤芯直径为10 μm，经模式转换器（MFA）转到纤芯直径为20 μm光纤后，耦合入布里渊环形腔。环形腔包括一个环形器（Cir）、一个70/30耦合器（Coupler）、一段保偏被动光纤（PM 20/400 GDF）。环形腔使用的光纤纤芯包层直径均为20/400，且系统为全保偏结构。环形腔总长度约16 m，对应于13 MHz的纵模间隔。激光器的输出功率随泵浦功率的变化情况如图2(a)所示。在泵浦功率为8 W时，Stokes光输出功率为4.9 W，斜率效率为68%，最大输出功率下一阶Stokes光能够保持单纵模特性，且未观察到二阶Stokes光。在最大输出功率时，测得激光器输出光斑如图2(a)中插图所示，表明其工作在单横模状态。图2(b)所示为最高输出功率下泵浦光和BFL的光谱，其中Stokes光中心波长相比于泵浦光红移了0.052 nm，光谱信噪比为65 dB，相比泵浦光提升了10 dB。图2(c)为Stokes光线宽随泵浦功率的演化图，其相比于泵浦光线宽窄化了约3倍。该工作证明了大模场光纤在BFL功率提升方面的优势。下一步工作将继续提高泵浦光功率，优化腔长和耦合器输出耦合比，以进一步提高BFL的功率和效率。

图  1  单频布里渊光纤激光器实验结构示意图

Figure 1.  Schematic of experimental setup of the BFL

致谢 感谢郭森在光纤熔接方面提供的支持和帮助。

图  2  (a) BFL输出功率随泵浦功率的变化情况（插图：BFL在最高输出功率下的光斑）；(b) 泵浦光和Stokes光在最高功率下的光谱图； (c) 不同功率下泵浦光和Stokes光的线宽值

Figure 2.  (a) BFL output power varying with pump power (Inset: Beam profile of the BFL output under highest output power); (b) Spectra of the Brillouin pump and BFL under highest output power; (c) Measured linewidth of the pump and Stokes light