光纤气体激光光源研究进展及展望(Ⅱ):基于粒子数反转

粒子数反转和受激拉曼散射是实现光纤气体激光器输出的最常见的两种基本原理。与光纤气体拉曼激光光源不同,基于粒子数反转原理的光纤气体激光器是通过气体分子振转能级的本征吸收跃迁实现激光输出。由于绝大多数气体分子的振转能级对应的激射跃迁谱线都在中红外波段,这种激光器的输出波长基本都在中红外波段。简要分析了基于粒子数反转原理的光纤气体激光器在产生中红外波段激光方面的优势,重点回顾了其发展历史与研究现状,并对下一步的发展趋势进行了展望。     

反共振空芯光纤中氘气受激拉曼散射实验研究

报道了基于反共振空芯光纤的氘气单程和级联受激拉曼散射实验研究,详细分析了反共振空芯光纤中氘气受激拉曼散射的过程,研究了输出光谱和拉曼谱线功率随氘气压强和泵浦激光功率的变化规律,指出降低气压、采用峰值功率相对较低的泵浦脉冲可以有效抑制转动受激拉曼散射,提高振动受激拉曼散射效率。此外,通过进一步设计、拉制传输带位置合适、带宽较窄的反共振空芯光纤,利用1064 nm脉冲激光泵浦,可以实现高效的氘气一阶振动斯托克斯光(1561 nm)和二阶级联振动斯托克斯光(2925 nm)输出。     

基于氢气填充空芯光子晶体光纤的全光纤型气体拉曼光源特性

理论和实验研究了调Q光纤激光脉冲抽运基于氢气填充空芯光子晶体光纤气体腔的全光纤型气体拉曼光源的特性。抽运光脉冲波长为1064.7nm时,产生的Stokes频移光波长为1135.7nm。理论和实验结果均表明,产生的Stokes频移光脉冲宽度远小于抽运光脉冲,并且,Stokes频移光脉冲宽度随抽运光脉冲能量的提升而增加。此外,减小抽运光脉冲宽度,可以降低拉曼阈值抽运能量、提高Stokes频移光的转换效率。在重复频率为5kHz、脉冲宽度为125ns的调Q光纤激光脉冲抽运下,实验测得拉曼阈值抽运能量和拉曼阈值点处转换效率分别为2.13μJ和9.82%。     

光纤式相干拉曼散射成像光源研究进展

相干拉曼散射具有非侵入、无标记、化学特异性的优点,广泛用于生物组织成像、药代动力学等领域。主要介绍了光纤式相干拉曼散射(CRS)成像光源的实现方式及特点,总结了超连续谱展宽、孤子自频移和四波混频技术在提高双色超短脉冲输出功率、调谐范围、光谱分辨率方面的新进展。报道了基于四波混频的光参量振荡技术在产生可调谐双色超短脉冲方面的最新进展,采用全保偏光纤光路和光子晶体光纤,结合色散滤波和偏振操控技术,获得时间自同步、空间自重合、波长可调谐的双色超短脉冲,可实现脂类、蛋白和核酸的非侵入、无标记光谱检测与成像,为实现结构紧凑、使用方便、环境稳定的CRS提供了一个有效的技术途径。     

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3.77μm的拉曼光纤激光器、平均输出功率为3.7 W的2 231 nm拉曼光纤激光器和波长调谐范围覆盖2～4.3μm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1.96～2.82μm的拉曼孤子激光以及波长为～4μm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。     

高功率双包层光纤激光器的受激拉曼散射

受激拉曼散射(SRS)会限制光纤激光器功率的提高。利用光纤激光器的功率传输方程,理论分析了高功率掺Yb3 双包层光纤激光器中的受激拉曼散射效应,得到了纤芯直径、光纤长度、掺杂浓度以及抽运方式对光纤激光器特性的影响。通过分析,得到了增大纤芯直径、减小光纤长度、降低掺杂浓度以及合理的抽运方式可以有效地减小拉曼散射的影响。利用已有的实验结果对理论模型进行了对比,证明了理论模型的正确性。所得的结果对设计实现高功率双包层光纤激光器提供了理论依据。     

单频激光抽运的石英光纤宽带受激拉曼散射实验研究

采用单频高功率Nd∶YVO4 激光的倍频光 (5 32nm)作为抽运源 ,激发长度为 2 5 0m和 92 0m的单模石英光纤 ,开展了石英光纤在可见光谱范围内的受激拉曼散射实验研究 ,获得了宽带宽的、第 1级到第 4级受激拉曼散射Stokes光谱 ,拉曼频移峰值分别为 4 5 0cm- 1 ,10 6 4cm- 1 ,16 10cm- 1 和 2 16 8cm- 1 。     

受激拉曼散射显微技术及其应用

随着光学显微技术的发展,人们得以在亚微米级的尺度观察微观世界,对破译生命活动密码起到了关键性推动作用.其中,相干拉曼散射(CRS)显微术作为一类基于分子特定振动提供成像衬度的技术,通过非线性光学过程大大增强了拉曼散射的信号,提高了成像速率和检测的灵敏度.根据非线性光学过程的不同,可将相干拉曼散射分为相干反斯托克斯拉曼散...     

受激拉曼散射脉宽压缩技术研究进展

受激拉曼散射（SRS）脉宽压缩技术由于其高负载、高压缩率、相位共轭等特性,在高功率短脉冲激光产生方面有着重要应用。本文从SRS压缩机理、增益介质、压缩结构等方面对SRS脉宽压缩技术的研究进展进行了分析和综述。     

波长1.65μm的光纤受激拉曼散射放大器

制成了工作波长为 1.65μm的光纤受激拉曼散射放大器。研制了波长1.53μm的双级磷酸盐光纤爱激拉曼散射转换器抽运该放大器，制成信号增益带最大值位于1.6-1.7μm的放大装置。受激拉罢散射放大器的基质是芯中GeO2分子含量25%的光纤。不同输入信号功率时的增益系数为20-25dB 。计算表明，使用标准通信光纤(GeO含量低的）可通过降低光纤接合处的光学损耗提高该系统的增益系数。     

高功率光纤激光器受激拉曼散射致模式不稳定研究

通过稳态速率方程和热传导方程建立了高功率光纤放大器热光耦合的有限元模型,利用该模型对受激拉曼散射致模式不稳定效应进行了数值研究。对增益光纤为25/400μm的正向泵浦激光放大器,受激拉曼散射导致激光器信号光高阶模比例上升,当高阶模的比例达到5左右时,模场发生畸变,信号光出现了百毫秒量级的模式耦合,这与实验中观察到光强波动现象一致。本文仿真模型为研究高功率光纤放大器中受激拉曼散射和模式不稳定的关系提供了分析手段。     

掺铒石英光纤中的受激拉曼散射及受激四光子混频

报道了掺铒光纤受激拉曼散射（ＳＲＳ）和受激四光子混频（ＳＦＰＭ）的实验研究。所用光纤长为１０ｍ，泵浦源为ＮｄＹＡＰ倍频５３９．７ｎｍ脉冲激光，脉冲能量为０．１Ｊ，脉宽为５０ｎｓ，获得了从５５２．１～６２２．８ｎｍ的６级受激拉曼散射谱和受激四光子混频的Ｓｔｏｋｅｓ（５４２．９ｎｍ）及反Ｓｔｏｋｅｓ（５３７ｎｍ）谱线。     

包层抽运掺镱光纤激光器中受激拉曼散射和受激布里渊散射效应

高功率光纤激光器大多选用掺镱双包层光纤作为增益介质,由于光纤尺寸较小,极易在光纤谐振腔中产生受激布里渊散射、受激拉曼散射效应。包层掺镱双包层光纤激光器中一旦发生受激拉曼散射和受激布里渊散射效应,其产生高强度信号成为高功率光纤激光器的主要噪声来源,影响激光输出的特性和稳定性。对包层抽运掺镱光纤激光器中的受激布里渊散射和受激拉曼散射进行了实验研究,在单模双包层光纤中观察到受激布里渊散射和受激拉曼散射。实验结果表明,在光纤谐振腔中,抽运方式、谐振腔输出镜损耗、受激瑞利散射对受激布里渊散射的影响较大,尤其是受激瑞利散射为谐振腔提供了附加反馈,不仅压窄激光信号的线宽,而且使得受激布里渊散射的阈值迅速降低。     

高功率皮秒激光泵浦受激拉曼散射腔研究

为了获得高平均功率的皮秒宽谱段激光,同时 减小整个光学系统的体积,本文从理论和实验两方面研究了高功率皮秒激光泵浦受激拉曼 散射(SRS)振荡腔。 通过分析SRS过程中同时发生的物理过程,将高功率泵浦下的拉曼晶体内多种 非线性效应简化 为晶体在简单等效透镜下的SRS,并通过实验测量单通SRS光的发散角,计算得到了高 功率泵浦下的拉曼晶体等效透镜的曲率半径,在此基础上设计了稳定高效的SRS振荡腔,通 过对比实验验证了此拉曼振荡腔的高效性,实现了波段覆盖532～698nm、最高输出功率为1.32W的皮秒SRS同轴激光的输出。在相同波 段覆盖范围内,是已报道的最高平均输出功率。     

级联拉曼光纤激光器研究进展

稀土掺杂光纤激光器因受限于稀土元素的发射截面,只能在特定波长范围输出激光。理论上级联拉曼光纤激光器只要有合适的泵浦源和适当的谐振腔,即可输出任意波长斯托克斯光。以1064nm掺镱光纤激光器作泵浦源为例,以锗硅光纤为拉曼增益媒质,目前报道的级联拉曼光纤激光器输出的斯托克斯光波长范围为1120~2200nm。由于增益光纤具有很宽的拉曼增益谱,级联拉曼光纤激光器可进行宽带调谐,也可同时输出多个波长。级联拉曼光纤激光器不仅用于光通信上拉曼光纤放大器和远程泵浦掺铒光纤放大器的泵浦源,也可广泛用于超连续波产生、光传感、光成像等领域。对近几年来级联拉曼光纤激光器在理论设计基础、单、多波长级联拉曼光纤激光器等方面获得的取得的最新进展进行了概述。     

单模光纤WDM传输中受激拉曼散射引起的串扰分析

文章通过微分方程的解,定量描述了单模光纤ＷＤＭ传输中ＳＲＳ串扰,并指出减小这种串扰的方法。     

BaWO4晶体的受激拉曼散射

受激拉曼散射(SRS，Stimulated Raman scattering)属三阶非线性光学效应，它利用非弹性散射使入射激光产生一定频移，从而获得新波长激光，是一种有效的激光变频方式。我们利用波长为532nm，频率为10Hz的皮秒脉冲激光作为抽运源，采用单次通过方法实现了BaWO4晶体的受激拉曼散射。     

激光诱导等离子体对水团簇受激拉曼散射的影响

利用532 nm脉冲激光作用于水分子,研究其受激拉曼Stokes和anti-Stokes散射.实验表明:激光束经过聚焦后,在能量为4 mJ时,水分子产生等离子体;在泵浦激光能量由5 mJ增加到15 mJ的过程中,水分子OH键伸缩振动的受激拉曼Stokes散射光强逐渐增大、受激谱带宽度逐渐加宽,并且受激拉曼Stokes散射中心波长呈现蓝移趋势;当能量为15 mJ时,产生了OH键伸缩振动的受激拉曼anti-Stokes散射光.利用激光诱导等离子体增强水分子团簇的受激拉曼散射理论解释了以上现象,实验与理论符合地很好.