3～5μm稀土离子掺杂中红外光纤激光器的研究进展(特邀)

3～5μm中红外波段是一个极特殊的电磁波谱区间，它不仅覆盖着众多分子与原子的本征吸收峰，同时还是大气透明窗口之一。此波段的激光器在气体探测、生物医疗、国防等众多领域都具有很大的应用前景。文中围绕常用于3～5μm光纤激光产生的三种稀土离子(即Er³⁺、Ho³⁺和Dy³⁺)，对基于这些离子掺杂的连续和脉冲中红外光纤激光器的发展现状进行了梳理，最后对3～5μm掺稀土离子光纤激光器的发展进行了展望。     

数值优化3~5 μm中红外ZBLAN光纤拉曼激光器的研究

3~5μm中红外激光在国防、医疗、自由空间光通信及材料加工等领域具有重要的应用价值。本文提出利用发展较成熟的2.7~2.9μm掺Er激光作为拉曼抽运源,ZBLAN光纤作为拉曼增益介质,为获得激射波长灵活、结构紧凑的3~5μm中红外激光提供一种可行方法。依据光纤拉曼激光器的非线性耦合方程组,数值分析并优化设计了3~5μm中红外ZBLAN光纤一级/二级拉曼激光器。主要研究了ZBLAN光纤长度和输出镜反射率等参数对拉曼激光阈值及输出功率的影响。数值结果表明:1)拉曼阈值随着输出镜反射率的增大而明显下降,且存在最优的ZBLAN光纤长度使一级拉曼阈值最低(4.15 W);2)为获得最高拉曼激光输出功率,最优输出镜反射率分别为84%~98%(一级)和42%~60%(二级),最优ZBLAN光纤长度分别为6.7~8.9 m(一级)和1.5~2.4 m(二级),最优斜率效率分别高达72.36%(一级)和34.06%(二级)。研究工作在一定程度上可为实验研究此类中红外拉曼激光器提供理论指导。     

红外波段全固态单频激光器研究进展

红外波段的全固态单频激光器在民用和军用领域都具有重要应用价值,是全固态激光器的重要发展方向之一.概述了实现全固态单频激光器的主要技术手段和典型的工作原理,总结了1.064m,1.5m～1.6m和2m波段红外全固态单频激光器的主要研究方向和国内外研究进展,分析对比了各波段全固态单频激光器的主要实验方法的优缺点,最后对未来全固态单频激光器的发展前景进行了分析和展望.     

10 W量级高功率中红外超快光纤激光系统中色散管理的仿真设计

超快光纤激光器具有结构紧凑、可靠性高和光束质量好等优点,在科学研究和工业生产上有广泛的应用。2～5μm波段的中红外超快光纤激光器在气体探测、激光手术与中红外对抗中具有巨大的应用潜力,已成为超快光纤激光器领域的一个研究热点,尤其是利用掺杂铒离子的氟化物光纤作为增益光纤的光纤激光器,其可利用常见的980 nm泵浦激光产生2.8μm波段的超快激光,是研究最为广泛的中红外超快光纤激光器系统之一。然而,2.8μm波段的超快光纤激光器无论是在平均功率还是在单脉冲能量上,都与国际先进的近红外波段超快光纤激光器存在较大差距。前期报道的2.8μm超快光纤激光器输出的最高平均功率约为1 W,单脉冲能量约为30 nJ,这极大地限制了中红外超快光纤激光在高灵敏度气体测量等领域的应用。针对这一问题,本文设计了一套基于掺杂铒离子氟化物光纤的多级啁啾脉冲放大系统,并对其进行了数值模拟,此系统可将脉冲平均功率放大到10 W量级,从而获得超过250 nJ的单脉冲能量。此系统输出的高能量中红外脉冲具有约400 fs的超宽脉冲宽度,脉冲峰值功率可达450 kW。     

基于特种玻璃光纤的中红外拉曼激光器研究进展

高功率中红外光纤激光器在基础科学研究、大气通信、环境监测和国防安全等领域有着重要应用。拉曼光纤激光技术是实现中红外激光的一种重要手段,通过级联拉曼运转可在光纤透过窗口内输出任意波长激光。目前,以碲酸盐、氟化物或硫系玻璃光纤作为拉曼增益介质,研究者分别研制出工作波长为3.77μm的二级级联拉曼激光器和波长调谐范围覆盖2～4.3μm的中红外拉曼孤子光纤激光光源。最近,本研究组制备出一种具有高稳定性、高抗激光损伤阈值、大拉曼频移和高拉曼增益系数的氟碲酸盐玻璃光纤,并以其作为拉曼增益介质,先后实现了波长调谐范围覆盖1.96～2.82μm的中红外拉曼孤子激光以及～3μm处的"拉曼孤子雨",初步验证了该氟碲酸盐玻璃光纤在中红外拉曼光纤激光器方面的应用潜力。主要对国内外中红外拉曼光纤激光光源的研究进展进行了总结,介绍了碲酸盐、氟化物、硫系以及氟碲酸盐玻璃光纤材料的特点及相应的拉曼光纤激光器,并对发展趋势进行了展望。     

瓦级高效率中红外全固态3.8μm连续波Fe∶ZnSe激光器

报道了瓦级高效率中红外3.8μm连续波全固态激光器。采用自行研制的波长为2.8μm的光纤激光器泵浦Fe∶ZnSe晶体,并通过液氮对晶体进行制冷,获得了中心波长为3.8μm的连续激光输出。激光器的最大输出功率为0.97 W,斜率效率达到38.6%,泵浦阈值约为0.4 W。     

4.5 W中红外3.1 μm光纤气体激光器

在突破了高功率泵浦激光高效稳定耦合关键技术的基础上,利用～30 W的窄线宽1.5μm光纤激光放大器泵浦一段～8m长、充有300Pa乙炔的空芯光纤,实现了4.5 W的3.1μm波段中红外激光输出,这是目前中红外光纤气体激光器的最高输出功率,对应的光光转换效率(相对于泵浦源功率)约为14%。实验结果表明,光纤气体激光器具备输出高功率中红外激光的潜力。     

掺铥光纤激光器在2μm处可调谐

南安普顿大学光电子研究中心的研究人员宣布他们采用双包层掺铥硅光纤已研制成2 μm的高功率可调谐连续波激光器。新激光器从 787nm 36 .5W输入功率产生 1 4 W的单模输出。该激光器输出波长可调 ,已工作在1 .85～ 2 .0 7μm波长范围 ,输出功率为几瓦。图　带有二个激光二极管条的掺铥光纤激光能在 2μm产生高效高功率输出最近对高功率全固态 2μm辐射源很有兴趣。该光谱区对人眼安全 ,因此对遥感应用(如激光雷达和医学应用 )很有用。对于中红外 ( 3～ 5μm)的高效非线性频率转换也很有用。这些应用需要很好的光束质量 ,对有些应用则是必不…     

用于光电对抗的高重频中红外激光器综述

高重频中红外激光器在光电对抗及其它领域具有重要的应用价值, 其输出的激光波长覆盖了3μm~5μm, 主要包括直接抽运式高重频中红外固体激光器、高重频中红外光纤激光器和高重频中红外光学参量振荡器3种类型。介绍了产生高重频中红外激光的主要技术方案, 并讨论了上述3种类型激光器的相关进展状况。最后, 对各种技术所存在的问题和未来的发展方向进行了分析与展望。     

全光纤结构被动锁模2μm掺铥光纤激光器

由于水分子在2μm波段有很强的中红外吸收峰,而掺铥光纤激光器可以发射2μm波长附近的激光,因此掺铥光纤激光器可广泛应用于生物医疗、国防工业等领域。北京工业大学高功率光纤激光课题组成功实现了高脉冲能量全光纤结构被动锁模的     

中红外氟铟基玻璃及光纤激光器最新研究进展(特邀)

3～5μm波段包含了大气的传输窗口和许多气体分子的吸收带，因而3～5μm中红外光纤激光器在大气遥感、生物医学、材料加工等领域具有广阔的应用前景。近年来，中红外光纤激光器的输出波长不断向长波长扩展，而实现中红外光纤激光输出的关键在于增益光纤材料的选择。氟铟基玻璃具有较宽的中红外透过窗口和较低的声子能量，因而氟铟基玻璃可以作为增益光纤材料应用于中红外光纤激光器领域。文中综述了从20世纪80年代至今，稀土离子掺杂氟铟基玻璃及氟铟基光纤激光器的代表性研究成果，回顾了氟铟基玻璃组分和玻璃结构的研究历程，介绍了氟铟基光纤的制备工艺，简述了稀土离子掺杂氟铟基玻璃和稀土离子掺杂氟铟基光纤激光器的最新研究进展。2018年，加拿大拉瓦尔大学的Maes等人利用Ho³⁺掺杂氟铟基光纤作为增益介质，在中红外光纤激光器研究领域取得突破性进展，在室温下获得了输出功率接近200 mW的3.92μm光纤激光输出。最近，利用1 150 nm激光作为泵浦源以及自研的Ho³⁺/Pr³⁺共掺杂氟铟基光纤作为增益介质，实现了～2.9μm波段中红外光纤激光输出，其最...     

高功率3～5微米波段超连续谱光纤激光研究进展

高功率3～5μm波段中红外超连续谱激光器在环境监测、生物医疗、测绘计量、国防安全等领域有重要应用。在用于产生中红外超连续谱激光的非线性介质中,光纤易于实现大的非线性系数,且有效作用距离长、结构灵活、便于集成,得到了广泛研究。近年来,3～5μm波段高功率中红外超连续谱光纤激光的技术方案日益丰富,性能指标逐步提升。总结了光谱覆盖3～5μm的中红外超连续谱光纤激光的发展现状,并对其发展趋势进行了展望。     

2μm全固态激光器的研究进展

近年来2μm波段的全固态激光器由于在测高、测距、大气遥感等方面具有重要的应用前景而引起了广泛关注。介绍了实现2μm激光输出的三个基本条件,综述了2μm全同态激光器的发展状况,对几种激光晶体进行了理论分析和实验对比,指出Tm,Ho：LuLF是今后2μm全固态激光器研究的一个发展方向。     

1.7μm波段光纤激光技术研究进展及应用

1.7μm波段有许多分子吸收线,位于活体组织的透明窗口中。该波段激光源在材料加工、中红外激光产生、气体检测、医疗手术和生物成像等领域有着重要的应用,受到国内外研究者的重视,并取得了一些研究成果。总结了国内外1.7μm波段激光器的研究进展及相关应用,介绍了长春理工大学在该领域的工作。尽管现有的研究和应用仍面临着一系列问题,但随着相关技术的不断提高,1.7μm波段高性能光纤激光器必将得到快速的发展。     

2μm 铥(Tm)激光器在生物医学中的应用

水分子对2μm波段的红外激光有很强的吸收,中心波长为2.0μm的连续铥（Tm）激光器非常适合应用在生物组织切割和疼痛神经刺激研究领域.这个波段的激光对皮肤组织的穿透深度浅,在普通石英光纤中有良好的传输特性,而且对人眼安全.介绍了中心波长为2μm的连续Tm激光器工作原理,分析了皮肤组织的光热数学模型;将2μm Tm激光器与传统的激光器进行对比,论述了其在外科手术临床、疼痛神经刺激研究领域的广阔前景.     

20W全光纤结构掺铥皮秒脉冲光纤激光器

2.0μm波段掺铥光纤激光器可广泛应用于人眼安全雷达、激光传感、生物医疗以及材料加工等领域,已逐步成为近年来国内外新型激光源研究的热点之一。目前,2.0μm波段掺铥连续光纤激光器平     

高功率全光纤中红外超连续谱激光源

报道了一个高功率全光纤结构的中红外超连续谱激光源,该光源由1.55μm纳秒脉冲掺铒光纤激光器、包层抽运掺铥光纤放大器以及单模ZBLAN光纤组成。首先利用单模光纤将1.55μm纳秒脉冲激光频移至2.0μm波段,然后利用掺铥光纤放大器对其进行功率放大,最后利用ZBLAN光纤使掺铥光纤放大器输出的光谱进一步向中红外长波长方向扩展。当掺铥光纤放大器输出功率为3.95W时,ZBLAN光纤产生了2.2W的中红外超连续谱激光输出,相应的光谱范围为1.9~3.75μm,10dB光谱带宽大于1600nm。此外,通过增加掺铥光纤放大器的平均输出功率,中红外超连续谱的输出功率得到了进一步提高,当耦合进单模ZBLAN光纤的平均功率为21W时,中红外超连续谱的平均输出功率达到了16.2W,相应的光谱范围为1.9~3.5μm。     

33.8W高效率中红外2.8μm光纤激光器

为了提升中红外光纤激光器的功率和效率,基于掺铒氟化物光纤的高效热管理技术、高性能中红外光纤端帽制备技术和高功率泵浦激光的高效耦合技术,利用高功率976 nm半导体激光器,单端泵浦8 m长、掺杂铒离子的摩尔分数为7%的氟化物增益光纤,实现了33.8 W的中红外2.8μm激光输出,据我们所知,这是单端泵浦中红外光纤激光器的最高功率水平,此时激光器的光光转换效率达26.4%。     

纯石英光纤实现4.8μm激光输出

<正>中红外波段光纤激光器在通信、遥感和光电对抗等诸多领域中具有重要的应用价值，是国内外激光领域的研究热点。基于软玻璃光纤的稀土掺杂型激光器一直以来都是实现中红外波段输出的有效手段。但受限于软玻璃光纤的制备工艺和有限的稀土离子种类，传统的实芯光纤激光器在波长拓展和功率提升方面遇到了瓶颈，实现4μm以上激光输出困难很大。空芯光纤气体激光器的出现为中红外波段输出的实现提供了一种新途径。2019年，国防科技大学基于充有CO₂气体的空芯光纤气体激光器获得了4.3μm波段的激光输出；2022年，国防科技大学进一步利用充有HBr气体的空芯光纤气体激光器实现了3.80～4.49μm波段宽调谐激光输出。     

美国科学家研制出波长2μm超短脉冲光纤激光器

《Optics Letters》最近发表了美国科学家Q．Wang等人的文章,报道了波长2μm的超短脉冲光纤激光器。 近十几年来．波长范围1～15μm的超短脉冲激光器被广泛地进行研究。由于掺铥类晶体近年的迅速发展,超短脉冲激光器的波长范围被延伸至1．8—2．1μm。其中尤以2μm的超短脉冲光纤激光器引人注目。2μm波长激光器特别适用于对眼睛无害的雷达、医学、光谱分析、遥感探测等领域。在之前报道的掺铥类光纤锁模激光器中,