光学学报, 2020, 40 (16): 1614001, 网络出版: 2020-08-07   

基于空芯光纤的光泵浦4 μm连续波HBr气体激光器 下载: 1421次封底文章

Optically Pumped 4 μm CW HBr Gas Laser Based on Hollow-Core Fiber
周智越 1,2,3李昊 1,2,3崔宇龙 1,2,3黄威 1,2,3王泽锋 1,2,3,*
作者单位
1 国防科技大学前沿交叉学科学院, 湖南 长沙 410073
2 脉冲功率激光技术国家重点实验室, 湖南 长沙 410073
3 高能激光技术湖南省重点实验室, 湖南 长沙 410073
图 & 表

图 1. HBr分子的特性。(a) HBr分子产生4 μm波段激光的能级跃迁示意图;(b) H79Br分子在2 μm波段的吸收谱;(c) H79Br分子在4 μm波段的发射谱

Fig. 1. Characteristics of HBr. (a) Schematic diagram of energy level transition of HBr molecules depicting 4 μm laser; (b) absorption spectrum of H79Br molecules at 2 μm band; (c) emission spectrum of H79Br molecules at 4 μm band

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图 2. 可调谐窄线宽2 μm光纤泵浦源

Fig. 2. Tunable narrow linewidth 2 μm fiber pump source

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图 3. 可调谐2 μm光纤泵浦源输出特性。(a)可调谐输出光谱;(b) R(2)吸收线附近的光谱细节图;(c)中心波长随归一化调节电压的变化;(d)输出功率随793 nm半导体激光器功率的变化

Fig. 3. Output characteristics of the tunable 2 μm fiber pump source. (a) Tunable output spectrum; (b) fine spectrum at R(2) absorption line; (c) measured wavelength change with the normalized tuning voltage; (d) output laser power change with the power of 793 nm LD

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图 4. 泵浦源线宽特性。(a) F-P干涉仪测量泵浦源线宽实验结构图;(b)线宽测量结果

Fig. 4. Characteristics of the pump laser linewidth. (a) Experimental setup for the measurement of the pump laser linewidth by F-P interferometer; (b) measured results of laser linewidth

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图 5. 实验装置(插图为空芯光纤横截面电镜图)

Fig. 5. Experimental setup (inset is the electron micrograph of hollow fiber cross section)

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图 6. HBr吸收线宽及泵浦源波长稳定性。(a)测得的1.8 mbar和4.1 mbar HBr分子R(2)吸收线线宽;(b)泵浦源波长在R(2)吸收线中心时残余的泵浦光随时间的变化

Fig. 6. Absorption linewidth of HBr and the wavelength stability of pump source. (a) Measured HBr molecule absorption linewidth around R(2) absorption line at 1.8 mbar and 4.1 mbar; (b) residual pump power with respect to time when tuned at center of R(2) absorption line

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图 7. 输出的4 μm光谱图(插图为R(2)吸收线产生P(4)和R(2)发射线的能级跃迁图)

Fig. 7. Output 4 μm spectrum(inset is energy transition diagram of HBr for P(4) and R(2) emissions when pumped at R(2) absorption line)

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图 8. 4 μm激光输出功率特性。(a)不同气压下4 μm输出功率随入射泵浦光功率的变化;(b)不同气压下转化效率随入射泵浦光功率的变化;(c)不同气压下4 μm输出功率随耦合的泵浦光功率的变化;(d)不同气压下转化效率随耦合的泵浦光功率的变化;(e)被吸收的泵浦光功率随耦合泵浦光功率的变化;(f)被吸收的泵浦光功率和最大输出的4 μm激光功率随气压的变化

Fig. 8. Characteristics of 4 μm laser output power. (a) Measured output 4 μm power and (b) optic-to-optic efficiency varies with incident pump power at different pressures; (c) measured 4 μm power and (d) optic-to-optic efficiency varies with coupled pump power at different pressures; (e) absorbed pump power as a function of coupled pump power; (f) measured absorbed pump power and the maximum output 4 μm laser power as a function of HBr pressures

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表 1波长2 μm以上掺稀土离子连续光纤激光特性

Table1. Characteristics of rare-earth-doped CW fiber lasers with emission wavelength above 2 μm

Host glassDopantsPump wavelength /nmLaser wavelength /μmOutput power /WSlope efficiency /%Reference
SilicateTm3+7932.05105053[3]
SilicateTm3+, Ho3+7932.18342[4]
SilicateHo3+19502.1414055[5]
ZBLANTm3+10642.310.158[6]
ZrF4Er3+9802.82441.622.9[7]
FluorideEr3+9802.93830.516[8]
ZBLANHo3+11503.0020.7712.4[9]
ZBLANDy3+28303.151.0673[10]
FluorideDy3+28303.2410.158[11]
ZrF4Er3+976, 19763.423.438.6[12]
ZrF4Er3+976, 19763.555.626.4[13]
ZBLANEr3+970, 19733.52--3.680.62@3.68 μm25.1[14]
ZBLANEr3+980, 19733.33--3.780.004@3.78 μm27[15]
InF3Ho3+8883.920.210.2[16]

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表 2H79Br在2 μm波段的吸收谱线和相应的4 μm波段激射波长

Table2. Absorption lines at 2 μm band and corresponding emission lines at 4 μm band of H79Br

R-branch absorptionWavelength /nmP-branch absorptionWavelength /nmR-branch emissionWavelength /nmP-branch emissionWavelength /nm
R(11)1940.53P(1)1995.75R(11)3809.67P(1)4077.99
R(10)1942.44P(2)2002.80R(10)3824.48P(2)4105.94
R(9)1944.74P(3)2010.26R(9)3840.21P(3)4135.04
R(8)1947.42P(4)2018.14R(8)3856.88P(4)4165.31
R(7)1950.49P(5)2026.45R(7)3874.49P(5)4196.78
R(6)1953.95P(6)2035.20R(6)3893.06P(6)4229.49
R(5)1957.79P(7)2044.39R(5)3912.60P(7)4263.46
R(4)1962.02P(8)2054.02R(4)3933.13P(8)4298.73
R(3)1966.65P(9)2064.12R(3)3954.66P(9)4335.34
R(2)1971.67P(10)2074.68R(2)3977.21P(10)4373.31
R(1)1977.09P(11)2085.71R(1)4000.80P(11)4412.69
R(0)1982.90P(12)2097.22R(0)4025.44P(12)4453.52

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周智越, 李昊, 崔宇龙, 黄威, 王泽锋. 基于空芯光纤的光泵浦4 μm连续波HBr气体激光器[J]. 光学学报, 2020, 40(16): 1614001. Zhiyue Zhou, Hao Li, Yulong Cui, Wei Huang, Zefeng Wang. Optically Pumped 4 μm CW HBr Gas Laser Based on Hollow-Core Fiber[J]. Acta Optica Sinica, 2020, 40(16): 1614001.

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