2~5 μm中红外飞秒光学参量振荡器研究进展（特邀）

自1994年首次利用克尔透镜锁模钛宝石激光器泵浦RTA光学参量振荡器实现中红外飞秒激光输出以来,在这20多年的时间内,随着高功率近红外泵浦源与各种优质非线性晶体的不断涌现,中红外飞秒光学参量振荡器在平均功率、脉冲宽度、调谐范围等方面都取得了长足的发展,为基础科学研究、生物医疗以及国防安全等领域提供了多样化的应用工具。文中将2~5 μm中红外飞秒光学参量振荡器分为波长可调谐输出型与宽光谱输出型两类,分别重点就这两类中红外飞秒光学参量振荡器的国内外研究进展进行综述,最后对进一步发展趋势进行了展望。高功率、高光束质量中红外飞秒光学参量振荡器和大能量中红外飞秒光学参量振荡器是其中两个重要的发展方向。     

光纤型宽调谐中红外激光光源的设计与研制

报道一种光纤型宽调谐中红外差频产生（DFG）激光光源,该系统分别以掺镱光纤激光器（YDFL）和掺铒光纤激光器（EDFL）作为泵浦和信号源。为拓宽基频光调谐范围,采用了4个不同工作波段的YDFL,并通过电控光开关实现段间的快速切换,总调谐范围为1040-1110nm;采用电控偏振控制器 (ECPC)分别对基频光偏振态进行精确快速控制,以提高系统转化效率;利用PID算法和负反馈技术分别稳定泵浦LD温度和驱动电流,并将其工作状态通过LCD实时显示。测试结果表明,该中红外激光系统可在3.04-3.72μm内连续调谐。     

同步脉冲诱导的高功率中红外差频产生技术（特邀）

提出并实验探究了基于同步脉冲诱导的中红外差频产生技术,利用高速光电探测器将泵浦光脉冲转换为超短电信号,使其驱动宽带的幅度调制器,作用于可调谐连续激光器上,从而实现双色脉冲的稳定时域同步。利用了同步脉冲诱导的非线性差频过程,有效降低了光参量下转换的泵浦阈值,能够获得瓦量级的中红外超短脉冲输出,最大泵浦光转换效率达60%,且中心波长在3000~3175 nm范围内可调谐。得益于全保偏光纤架构,平均功率的不稳定度(STD/MEAN)在1 h内低至0.07%,展现了优异的长期稳定性。此外,该方案利用光-电-光高速调制实现高精度脉冲同步,免除了复杂的反馈电路,具有结构简单、即插即用、鲁棒性强的特点,为拓展中红外光源在野外的应用奠定了基础。     

中红外玻璃光纤材料及拉曼激光光源研究进展（特邀）

高功率中红外光纤激光光源在前沿科学研究、空间光通信、医学诊断与治疗、环境污染监测和光电对抗等领域有着重要应用。拉曼光纤激光光源输出波长灵活,原则上可以在光纤材料透过窗口范围内获得任意波长激光,是实现中红外激光输出的一种重要手段。目前,基于硫系玻璃光纤、氟化物玻璃光纤、碲酸盐玻璃光纤等中红外玻璃光纤材料,已实现工作波长位于3.77 μm的拉曼光纤激光器、平均输出功率为3.7 W的2231 nm拉曼光纤激光器和波长调谐范围覆盖2~4.3 μm的拉曼孤子激光光源。近期,笔者研究组制备出一种具有高热学和化学稳定性、高激光损伤阈值、大拉曼频移和高拉曼增益系数的氟碲酸盐玻璃光纤,并利用其作为非线性介质,先后实现了级联拉曼散射、级联拉曼光纤放大器、波长调谐范围覆盖1.96~2.82 μm的拉曼孤子激光以及波长为~4 μm的红移色散波,验证了氟碲酸盐玻璃光纤在中红外拉曼光纤激光光源研制方面的应用潜力。主要介绍了氟化物、硫化物及碲酸盐玻璃光纤材料的特点及相应的拉曼激光光源的相关研究进展,并对其未来发展趋势进行了展望。     

中红外侧面泵浦合束器及全光纤超荧光光源的研制（特邀）

中红外超荧光光源具有光谱范围宽、空间相干性好、时域稳定性高等特点,应用前景广泛,但受限于中红外侧面泵浦合束器,目前普遍利用空间结构泵浦产生。文中根据拉锥光纤侧面耦合的原理,在125 μm包层直径的无源双包层氟化物光纤上实现了中红外光纤侧面泵浦合束器的研制,该合束器泵浦光耦合效率达82.3%,可承受的最大泵浦功率达87.5 W。通过在中红外增益光纤上制得侧面泵浦合束器,实现了全光纤中红外超荧光光源产生,前后向输出的中红外超荧光最高功率和为91.09 mW （后向输出53.67 mW,前向输出37.42 mW）,输出光谱范围从2702 nm覆盖至2830 nm。在中红外超荧光总输出功率为33.03 mW时,获得了108 nm的最宽20 dB带宽。文中实现的中红外全光纤超荧光光源克服了以往空间泵浦复杂度高、调节难的问题,对推动中红外超荧光光源的进一步功率放大具有重要意义。     

小型化宽调谐光纤型DFG中红外激光源的研制

研制了一种小型化宽调谐光纤型DFG/QPM中红外光源。该光源的基频光采用分段调谐的方案,以3个不同工作波段的YDFL作为泵浦源,3个不同工作波段的EDFL作为信号源,并通过光开关实现各波段间的快速切换。研制了DFG中红外光源样机,其尺寸为440×290×500mm3,测试结果表明,泵浦/信号光可在1050~1110nm和1535～1600nm范围内宽带连续调谐,经差频过程最终中红外激光实现3054.5~4009.1nm波段内宽带无缝调谐。     

飞秒激光脉冲在双折射微结构光纤中频率变换的研究

报道了高非线性的双折射微结构光纤(MFs)与纳焦耳量级的飞秒激光脉冲相互作用下，在可见光波段通过相位匹配的四波混频效应获得了波长可调谐的反斯托克斯波的实验结果。由于该光纤的双折射性质，因此在不同偏振方向上具有不同的色散特性，所产生的反斯托克斯超短脉冲的中心波长受到输入脉冲的偏振态的影响。通过旋转输人端的半波片，在相互垂直的两种偏振态的飞秒激光脉冲的作用下，所产生的反斯托克斯波脉冲的中心波长分别为490nm和510nm，在微结构光纤的输出端能分别观察到明亮的蓝光和绿光的基模输出。实验研究了在不同功率飞秒脉冲激光的作用下，在不同长度的双折射微结构光纤中反斯托克斯波的产生情况，并对一系列现象进行了对比分析。     

光子晶体光纤中飞秒激光脉冲传输的研究

为更精细地描绘飞秒光脉冲在光子晶体光纤中的传输和演化,在用分步傅里叶方法求解广义非线性薛定谔方程的基础上,详细考虑光纤参数随脉冲峰值频移的变化,模拟了飞秒光脉冲在光子晶体光纤中传输和演化的过程。研究发现,光纤色散和强非线性对飞秒脉冲在光子晶体光纤中传输、演化以及超连续谱的展宽有很大影响。     

光纤激光泵浦的多波长中红外光参量振荡器

介绍了一种光纤激光泵浦的三波长中红外光参量振荡器。在最大泵浦功率70.7 W,泵浦波长为1 060、1 065、1 080 nm的情况下,实现了8.7 W的中红外闲频光输出,斜效率达到16%,闲频光三个波长分别为3 132、3 170、3 310 nm,但产生的信号光只有一个波长为1 604 nm。对实验结果进行了理论分析和实验测试,得出在谐振腔内1 060 nm泵浦光发生了光参量振荡,而1 065、1 080 nm泵浦光分别与1 604 nm信号光发生了差频过程,同时还利用差频转换效率理论对1 065、1 080 nm差频产生的闲频光强度的差异进行了分析和解释。