众所周知，离散和可调谐中红外激光辐射源的进步有着悠久的传统。 量子级联激光器、振动态激光器和光学参量振荡器的创建为中红外光子学奠定了基础。 这些固态中红外激光器中的每一个都有优点和缺点。 本文着眼于发表在《光：科学与应用》上的研究，题为“气体光纤激光器可能代表在中红外中创造强大辐射源的突破”。
图片来源：像素 B/Shutterstock.com 例如，在连续波 (CW) 模式下，由量子半导体结构制成的量子级联激光器可以涵盖从中红外到亚毫米的光谱范围。 然而，热量问题给大功率中红外光源的开发带来了重大挑战。 尽管上述中红外光谱范围内的其他固态激光源对商业用途具有足够的有效性，但诸如窄线宽和用于参数生成的线偏振激发等重大缺点仍然很常见。 得益于快速成熟的软玻璃纤维制造技术，在中红外光谱范围内工作的先进光纤激光器的增长在过去十年中显着增长。 与硅酸盐玻璃或稀土掺杂的石英玻璃纤维相比，软玻璃光纤在中红外光谱范围内的声子吸收率要低得多，因此材料损耗要低得多。 因此，它们可以积极地用于在中 IR4 中创建功率光纤激光器。 以氟化物玻璃为中心的光纤激光器已被证明特别有效。 例如，掺铒氟锆酸盐玻璃纤维可以在接近 3 μm 的波长下产生 30 W 的中红外激光输出功率，在波长高达 3.55 μm 的情况下产生瓦特级光纤激光输出功率（图 1）。 氟化物光纤激光器使用大量掺钬氟化物光纤和 200 mW7 的 CW 输出功率产生 3.92 μm 的中红外最长波长（图 1）。 随着空芯光纤技术的进步，中红外光纤激光器领域的形势开始发生重大变化。 在“负曲率”或“反共振”中空光纤出现后，这一点变得尤为明显（图 2）。 最近在《光：科学与应用》上报道的一篇论文的研究人员设定了开发基于石英玻璃空芯负曲率光纤的连续光纤激光器的目标，该光纤在最宽调谐范围内以高于 4 μm 的波长以最大可能的输出功率运行 范围。 研究人员使用了由 HBr 分子的固有吸收引起的种群反转。
图 1. 连续波中红外光纤激光器。 就输出和激光波长而言，最先进的连续波中红外光纤激光器的总结。 图片来源：Pryamikov, A., 2022
图 2. 由石英玻璃（左）和硫属化物玻璃（右）制成的负曲率空芯光纤的横截面。 这些纤维是在迪亚诺夫光纤研究中心制造的。 图片来源：Pryamikov, A., 2022 结果与讨论 研究人员使用由一组可微调二极管激光器植入的窄线宽 2 μm 掺铥光纤放大器来泵浦一条 5 米长的石英玻璃空心光纤，其横截面类似于图 1 所示的空心光纤。 图 2（左）在他们的新作品中。 此外，在 CW 光纤激光器中，在 4.496 μm 的最长波长处实现了约 300 mW 的激光输出（图 1）。 还可以通过开发由非二氧化硅玻璃如亚碲酸盐玻璃或硫属化物玻璃制成的中空光纤来改善这种情况。 它们的使用将显着降低中红外光谱范围内光纤包层的材料损耗，从而允许产生波长高于 4.5 μm 的 CW 激光。 迄今为止，碲酸盐中空纤维已使用挤压和拉伸方法制成。 在 5.6 和 5.8 μm 处，分别测量到 4.8 和 6.4 dB/m 的光纤损耗。 据研究人员称，这提高了在未来几年内制造具有低于 1-2 dB/m 损耗的亚碲酸盐空芯光纤的前景，该光纤在 4.5 至 6.5 μm 之间的技术重要光谱区域内。 研究人员解释了由 3D 打印的硫属化物玻璃预制棒拉制的空心纤维的制作过程。 在该光纤的 2–12 μm 光谱范围内观察到几个传输带。 结论 最终，在中红外光谱范围内，基于新型空芯光纤的 CW 气体光纤激光器正在成为稀土掺杂激光器的市场参与者。 在未来几天，它们可能成为其他光纤激光器的可行选择，用于在中红外光谱范围内生成连续波相干光源。 |
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