高功率、窄线宽、低噪声激光光源在精密测量、相干通信、量子光学和引力波探测等领域具有重要应用价值，是提升系统探测灵敏度和相干性能的核心支撑（见图1）。布里渊激光器依托受激布里渊散射过程中的窄带增益、低量子亏损和噪声压缩效应，可在频率转换的同时实现相干性提升，已成为发展高相干单频激光光源的重要技术路线。现有布里渊激光器主要包括光纤型、微腔/片上集成型和自由空间体介质型等技术方案。其中，随着金刚石等高性能非线性晶体、主动稳频技术和精密腔参数设计方法的发展，自由空间布里渊激光器重新进入快速发展阶段，并在高功率单频输出、线宽压缩和低噪声运行等方面展现出独特优势。

图1. 高功率窄线宽低噪声激光器的应用

近日，金刚石激光技术及应用协同创新中心、河北工业大学先进激光技术研究中心团队在《中国激光》发表题为“自由空间布里渊激光器研究进展与发展趋势”的特邀综述论文，首次系统梳理了自由空间布里渊激光器的研究进展、技术路线与发展脉络，重点总结了直接泵浦和拉曼介导间接泵浦两类方案的性能特征，并对其未来在高功率、低噪声、宽波段及结构光调控等方向的发展前景进行了展望。

基于光学非线性增益的激光振荡机制不受传统粒子数反转增益介质固有吸收和发射光谱的限制，为实现特殊波长窄线宽激光提供了新的研究思路。作为典型的三阶非线性效应，受激布里渊散射（SBS）凭借噪声滤波、线宽压窄和低量子亏损等优势，在高相干激光获取方面展现出重要潜力。

目前，布里渊激光主要包括微腔、光纤和自由空间等产生结构。微腔布里渊激光器具有低阈值、超窄线宽和强模式调控能力，但输出功率通常为毫瓦至百毫瓦量级；光纤布里渊激光器结构紧凑、相互作用长度长，功率可提升至十瓦量级，但易受ASE噪声和热噪声影响；自由空间布里渊激光器在腔型设计、热管理和晶体选择方面更具灵活性，有望实现特殊波长、高功率、窄线宽激光输出。几种典型结构及其特点对比如图2所示。

图2. 典型布里渊激光器及其特性

自由空间布里渊激光器主流实现方式主要包括泵浦光直接泵浦和经拉曼转换的间接泵浦两类，下面围绕自由空间布里渊激光器的典型实验结构、代表性结果及最新研究进展展开总结与分析。

直接泵浦方案利用外部单频激光直接驱动布里渊增益介质，通过泵浦光与Stokes光的双谐振增强实现高功率窄线宽输出，典型结构如图3（a）所示。该路线结构清晰、噪声链路直接，适合研究布里渊线宽压缩、相位噪声抑制和单频功率提升机制。近年来，基于金刚石和熔融石英等介质的自由空间布里渊激光器已实现数十W量级的单频输出，并展现出优异的ASE噪声抑制和频率噪声压缩能力。

间接泵浦方案则先通过受激拉曼散射在腔内建立高功率拉曼光场，再由该拉曼场进一步驱动布里渊散射，结构原理如图3（b）所示。由于拉曼场本身处于腔内高功率密度状态，该方案有利于提高能量利用率，并能够实现级联布里渊输出、布里渊频率梳以及高阶横模的可控激发。近年来，该路线已在级联阶次调控、布里渊结构光、HG模式和涡旋光输出等方面显示出独特优势，为窄线宽光源与空间模式调控的结合提供了新平台。

图3. 自由空间布里渊激光器典型结构：（a）直接泵浦；（b）间接泵浦

近年来，自由空间布里渊激光器发展迅速，两条路线归纳如图4所示。在直接泵浦路线中，依托外腔谐振增强、材料性能提升和腔参数优化，自由空间布里渊激光器已实现十瓦至数十瓦量级窄线宽单频输出，并逐步由功率提升拓展至线宽压缩和噪声特性研究。相关研究表明，增益介质、相位匹配、级联抑制和耦合条件是影响单频功率扩展与线宽压缩的关键因素。在拉曼介导的间接泵浦路线中，腔内拉曼场可作为高功率密度布里渊泵浦源，通过“泵浦光—拉曼场—布里渊场”级联链路，实现可控级联布里渊输出和高功率布里渊频率梳。同时，借助腔长调谐和横模选择，可进一步实现布里渊结构光和涡旋光输出，为高功率窄线宽光源的频率与空间模式调控提供了新平台。

图4. 自由空间布里渊激光器的发展时间轴

未来，自由空间布里渊激光器仍需在噪声机理建模、抑制策略、腔体稳频与工程化稳定性等方面进一步完善，同时充分发挥其高功率承载能力、优良光束质量和丰富横模自由度的优势，推动实现兼具高功率、高相干性和优良空间模式品质的高性能激光输出。随着相关材料、腔体设计和多过程耦合调控技术的持续发展，自由空间布里渊激光器有望成为高功率窄线宽光源的重要发展方向。

论文原文：白振旭, 张龙杰, 陈晖, 范文强, 陈义夫, 丁洁, 齐瑶瑶, 颜秉政, 王雨雷, 吕志伟. 自由空间布里渊激光器研究进展与发展趋势（特邀）[J]. 中国激光, 2026, 53(11): 1101007. 

编辑：张龙杰

排版、校对： 石澳昆  沈小雨 

审核：丁洁