激光是一项重大的历史发明，对社会产生无处不在的影响。这一概念还具有跨学科应用，如声子激光器和原子激光器。一个物理域中的激光可以被另一个物理域中的能量泵浦。然而，到目前为止，在实践中演示的所有激光器都仅在一个物理域中发射激光。

在《科学进展》杂志上发表的一份新报告中，王宁和美国中佛罗里达大学光学与光子学学院以及法国普睿司曼集团的研究小组展示了光子和声子激光的同步过程。双域激光器具有多种应用，例如光学和声学镊子，可进行机械传感以产生微波并执行量子处理。该团队预计此次演示将为多域激光相关应用开辟新途径。

开发双域激光器

激光器是光学区域射频电子振荡器和微频率微波激射器的延伸。激光器具有巨大的应用，其概念在各个领域都有新的扩展，例如声振荡器(也称为激光振荡器)以及原子波或物质波振荡器。激光的概念传统上描述基于受激发射的光学振荡器，尽管术语声子激光和原子/物质激光也很常见。

在一些应用中，同时发出光子和声子激光的过程是有用的。其中包括亚毫米级声学镊子的开发。超声波和光子生物成像相结合，可提高成像质量，而两域激光则适用于量子信息处理和传感。现有的演示表明斯托克斯光学声波是声子激光器的副产品。在这项工作中，王和同事开发了一个耦合振荡器系统，该系统在从同一源泵浦的两个不同的物理域中发射激光，以展示双域并发光子和声子激光如何增强光子和声子激光器的输出功率。

行动原则

该团队利用前向受激布里渊散射产生低频弯曲声波;双模光纤内光子和声子的相互作用。低频声子被限制在石英光纤中，寿命长达 10 毫秒。传播长度约为 10 米，也允许声子发射激光。在实验装置中，光波的相干振荡增强了声声子的增益，反之亦然，从而在两个域中产生激光。

该团队通过增加光泵浦功率来产生光子和声子激光，注意到该设备的四种功能状态，其中斯托克斯光波和声波的增益必须超过其损失。实验人员设计了一种方法，允许环形腔内的声子能量促进声子激射。虽然声子激光功率被限制在腔内，但在耦合器的输出处可以看到斯托克斯光学激光。

实验

在实验过程中，研究人员使用了最大输出功率为400 mW的976 nm光纤耦合泵浦二极管。他们使用热电冷却器来调节系统的功能温度。泵发射到耦合到外径环形腔中的双模光纤中。

科学家们使用了一种减少包层的二模光纤，该光纤由纯二氧化硅包层和掺杂氧化锗的二氧化硅芯制成。由于声场延伸到整个包层，减小双模光纤包层尺寸的过程改善了声场和光场之间的重叠，从而增加了受激布里渊散射增益系数。

研究小组测量了声子激光输出功率作为注入环形腔的泵浦功率的函数，以获得对应于光子激光和声子激光的两个阈值。光子激光器的阈值泵浦功率为180 mW。当他们将泵浦功率增加到 308 mW 时，声子激光器也开始发射激光。

测量的阈值泵浦功率和输出激光功率与数值模拟结果一致。光子-声子激光器代表了倒置的耗散层次结构，与现有标准相比，其声发射线宽比泵浦激光器线宽窄得多。

外表

通过这种方式，Ning Wang 及其同事展示了不同物理域中的两个相干耦合激光器如何执行各种实际任务。光和声音具有不同的空间和时间属性，与材料的相互作用也不同;因此，可以以不同的方式探索它们的可用性。这种在同一腔内两个不同物理域中耦合激光的现象是首次研究成果。这一成果超越了现有的方法，包括激光二极管阵列等相干耦合激光器。

双域激光器探索了前向联模受激布里渊散射，以实现同一腔内并发光子和声子激光的耦合。由于缺乏高分辨率和高帧率相机，该团队在这项研究中没有直接观察声子激光功率。科学家们观察到与自发布里渊散射、光子激光和光子-声子激光相关的几种激光功能状态，这与二域激光的理论模型一致。这些成果可以推动光力学的未来进步，并将迎来多域激光器和相关应用。

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