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        中紅外光纖激光新進展:基于反共振空芯光纖的4.3μm二氧化碳激光光源

        來源:國防科技大學 崔宇龍 王澤鋒    關鍵詞:中紅外光纖激光激光激光技術,    

         

        國防科技大學王澤鋒教授課題組與北京工業大學王璞教授2020买球平台、汪瀅瑩副教授研究團隊合作,利用一個摻銩光纖放大的可調諧2 μm半導體激光器泵浦一段充低壓二氧化碳氣體的反共振空芯光纖2020买球平台,實現了單程結構百毫瓦級4.3 μm光纖激光輸出,為已知報道的連續波光纖激光輸出的最長波長(超連續譜激光除外)。

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        中紅外激光(3~5 μm波段)在空間通信、遙感、光電對抗2020买球平台、醫療2020买球平台、大氣監測等眾多領域有重要的應用價值,一直以來都是國內外關注的熱點。目前報道的產生中紅外激光的方式主要有氣體激光器、固體激光器、量子級聯激光器2020买球平台、超連續譜激光器和摻雜稀土離子的光纖激光器。其中,光纖激光器最有希望實現緊湊2020买球平台、穩定、高效的中紅外激光輸出。

        傳統的熔石英光纖在2.2 μm以下的近紅外波段有著廣泛的應用,但是其對波長2.2 μm以上的激光具有很強的吸收,損耗急劇增大。要有效產生2.5 μm以上的激光,通常采用在中紅外波段具有較低傳輸損耗的氟化物玻璃光纖和硫系玻璃光纖。然而這些軟玻璃光纖的制備工藝還不成熟,目前損耗還比較高2020买球平台2020买球平台。同時,由于軟玻璃的熔點較低2020买球平台、熱穩定性差,在高功率輸出方面受到很大限制。此外2020买球平台,受稀土離子種類的限制,基于摻雜光纖的激光輸出波長范圍非常有限,而且難以超過4 μm2020买球平台,目前報道的最長波長為3.92 μm。

        氣體激光器早已被證明是產生中紅外激光的有效方式2020买球平台,尤其是近年來被廣泛研究的基于空芯光纖的光泵浦氣體激光器。相較于傳統的氣體腔,空芯光纖可以在很長的一段距離上將增益氣體和泵浦光束約束在幾微米至幾十微米纖芯區域內2020买球平台,極大增強了光與氣體的相互作用2020买球平台。和摻雜稀土離子光纖激光器相比,空芯光纖氣體激光器的增益介質選擇具有更高的靈活性,可以實現更多的激光波長,而且容易產生4 μm以上激光輸出。在空芯光纖中2020买球平台,基模邊緣場強比中心最高的場強至少低一個數量級以上,同時纖芯模和包層玻璃材料重疊面積很小甚至可以忽略,因此空芯光纖氣體激光器的損傷閾值大大增加2020买球平台,而且氣體還可以通過某種方式循環散熱,使得光纖氣體激光器在高功率輸出方面具有極大的潛力。此外,由于氣體的非線性效應很弱2020买球平台,光纖氣體激光器在高功率情況下保持窄線寬激光輸出方面相對實芯摻雜光纖有很大的優勢。

        中紅外光纖激光新進展:基于反共振空芯光纖的4.3μm二氧化碳激光光源

        中紅外光纖激光新進展:基于反共振空芯光纖的4.3μm二氧化碳激光光源

        圖1(a)實驗裝置圖;(b)輸出光譜圖2020买球平台;(c)5 mbar氣壓下4 μm輸出功率隨吸收泵浦功率的變化。

        在該項工作中2020买球平台,反共振空芯光纖由北京工業大學王璞教授、汪瀅瑩副教授研究團隊設計拉制2020买球平台,國防科技大學王澤鋒教授課題組采用自研的2 μm窄線寬光纖放大器作為泵浦源,利用二氧化碳氣體R(30)吸收線的能級躍遷,得到了4.3 μm波段R(30)和P(32)兩條激光譜線輸出2020买球平台,輸出功率為82 mW,激光效率約19.3%2020买球平台。實驗裝置和結果如圖1所示

        2019-12-31
        新聞資訊/NEWS
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