吉林大学 电子科学与工程学院 集成光电子学国家重点实验室,吉林 长春 130012
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。
拉曼激光 红外和远红外激光 光纤激光 光纤材料 Raman laser infrared and far-infrared lasers fiber lasers fiber materials 红外与激光工程
2023, 52(5): 20230228
吉林大学电子科学与工程学院集成光电子学国家重点实验室,吉林 长春 130012
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**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3.77 μm的二级级联拉曼激光器和波长调谐范围覆盖2~4.3 μm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1.96~2.82 μm的中红外拉曼孤子激光以及~3 μm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。
激光器 拉曼激光 红外和远红外激光 光纤激光 光纤材料
1 吉林大学 电子科学与工程学院, 集成光电子学国家重点联合实验室, 吉林 长春 130012
2 北京工业大学 激光工程研究院, 北京 100022
3 南方科技大学 生物医学工程系, 广东 深圳 518055
可调谐中红外飞秒光纤激光器具有非常普遍的应用, 从而引起了人们的广泛关注。目前, 非线性光纤中的拉曼孤子自频移效应是实现大范围可调谐飞秒脉冲激光的理想方法之一。然而, 非线性光纤中其他高阶非线性效应的产生通常会限制拉曼孤子脉冲的能量提升。本文提出了利用有源掺杂光纤作为非线性介质和增益介质实现可调谐大能量中红外飞秒激光脉冲的方法。在理论上研究了有源掺杂非线性光纤中高阶孤子劈裂和孤子自频移效应的产生, 以及线性增益对波长移动拉曼孤子能量、脉宽、光谱的影响。结果表明, 通过为波长红移的低能量拉曼孤子提供线性增益, 孤子脉冲的能量得到了显著提升且保持了其单脉冲特性, 脉冲宽度为 45 fs, 且孤子脉冲的波长可通过所提供的增益进行大范围调谐。因此, 利用有源掺杂光纤作为非线性介质是实现大能量可调谐中红外飞秒脉冲激光的一种有效方法。
中红外飞秒脉冲 可调谐 孤子自频移效应 线性增益 mid-infrared femtosecond pulse tunable soliton self-frequency shifting effects optical gain
吉林大学电子科学与工程学院集成光电子学国家重点实验室, 吉林 长春 130012
制备出一种具有较好热稳定性和化学稳定性的氟碲酸盐玻璃光纤,并利用其作为非线性介质研制出光谱范围覆盖0.6~5.4 μm的宽带超连续谱(SC)激光光源和平均功率约为20 W、光谱范围覆盖1~4 μm的SC激光光源。主要对目前国内外高功率中红外SC激光光源的研究进展进行了总结,包括氟化物玻璃光纤和氟碲酸盐玻璃光纤的材料特点和以其作为非线性介质的SC激光光源,并对此类SC激光光源的进一步发展进行了展望。
超快激光 超连续产生 红外和远红外激光 光纤激光 激光材料 非线性光学
吉林大学电子科学与工程学院集成光电子学国家重点实验室, 吉林 长春 130012
中红外波段光纤激光光源在基础科学研究、光通信、生物医疗、环境监测以及**安全领域有着重要应用。超连续谱(SC)激光光源和稀土离子掺杂光纤激光器是目前研究得较多的两类中红外波段激光光源。面向该类光源的应用需求,笔者研究组经过大量实验探索,筛选出一种具有较高稳定性和较高损伤阈值的氟碲酸盐玻璃光纤,并利用其作为非线性介质研制出了光谱范围覆盖0.6~5.4 μm宽带的SC激光光源和平均功率约为20 W、光谱范围覆盖1~4 μm的SC激光光源;制备出具有较强抗潮解能力的Ho
3+离子掺杂AlF3基玻璃光纤,并利用其作为增益介质,获得了波长约为2868 nm的激光输出;研制出具有较低声子能量的Ho
3+离子掺杂InF3基玻璃光纤,并利用其作为增益介质,获得了波长约为2875 nm的激光输出。总结了氟碲酸盐玻璃光纤、AlF3基玻璃光纤和InF3基玻璃光纤的特点及相应激光器的研究进展。
光纤光学 激光材料 中红外激光 超连续谱产生 稀土掺杂材料 激光与光电子学进展
2019, 56(17): 170604
吉林大学 电子科学与工程学院 集成光电子学国家重点实验室, 吉林 长春 130012
高功率全光纤中红外超连续光源在基础科学研究、环境、医疗以及**安全等领域有着重要应用。目前用于研制上述光源所用的非线性介质为氟化物玻璃光纤。但是氟化物玻璃光纤的损伤阈值低、化学稳性差, 这在一定程度上影响了氟化物玻璃光纤在实用化高功率中红外光源研制中的应用。为了进一步提升中红外超连续光源的性能和研制实用化高功率中红外超连续光源, 最近制备出了一种具有较好热稳定性和化学稳定性的氟碲酸盐玻璃(TeO2-BaF2-Y2O3, TBY), 并利用其作为基质材料, 设计制备出了一系列氟碲酸盐玻璃光纤。利用这些光纤作为非线性介质, 研制出了光谱范围覆盖1.4~4 ?滋m的高相干超连续光源, 光谱范围覆盖0.4~5.14 ?滋m的宽带超连续光源和平均功率大于10 W、光谱范围覆盖947~3 934 nm的超连续光源。
氟碲酸盐玻璃光纤 超连续光源 中红外 高功率 fluorotellurite glass fiber SC light source MIR high power 红外与激光工程
2018, 47(8): 0803004
吉林大学电子科学与工程学院 集成光电子国家重点实验室, 吉林 长春130012
采用棒管法制备了低羟基含量的Tm3+/Ho3+共掺氟碲酸盐微结构光纤。当使用波长为1 560 nm的激光器泵浦 Tm3+/Ho3+共掺光纤时, 处于Tm3+基态3H6的电子被激发至3F4能级, 进一步通过Tm3+和Ho3+间的能量传递过程3F4→3H6(Tm3+): 5I8→5I7(Ho3+)(能量失配为745 cm-1)布居Ho3+的5I7能级, 5I7能级上的电子向5I8能级跃迁发射出2.1 μm的光。使用1 560 nm光纤激光器作为泵浦源, 18 cm 长的Tm3+/Ho3+氟碲酸盐微结构光纤作为增益介质, 获得了波长为2 063 nm的激光输出。所得激光的斜率效率为12.9%, 激光阈值为163 mW, 未饱和的最大输出功率为40 mW。研究结果表明, Tm3+/Ho3+共掺氟碲酸盐微结构光纤可用于制作2.1 μm光纤激光器。
氟碲酸盐 2.1 μm 激光 微结构光纤 fluorotellurite glasses 2.1 μm lasing Tm3+/Ho3+ Tm3+/Ho3+ co-doped microstructure fiber
集成光电子学国家重点联合实验室吉林大学实验区 吉林大学电子科学与工程学院, 吉林 长春 130012
用棒管法拉制了Tm3+/Ho3+掺杂的碲酸盐微结构光纤, 并获得了2 μm的激光输出。以1 560 nm的Er3+掺杂石英光纤激光器作为泵浦源, 在22 cm长的微结构光纤中, 得到了最大功率为8.34 mW、波长为2 065 nm的连续激光输出, 泵浦光功率为507 mW, 斜率效率为2.97%。研究结果表明, Tm3+/Ho3+共掺碲酸盐微结构光纤是一种用于研制2 μm激光器的理想材料。
Tm3+/Ho3+ 共掺 碲酸盐 微结构光纤 Tm3+/Ho3+ co-doped 2 μm 2 μm lasers tellurite microstructure fiber
集成光电子学国家重点联合实验室吉林大学实验区 吉林大学电子科学与工程学院, 吉林 长春130012
以1 560 nm 的掺Er3+石英光纤激光器作为泵浦源, 在Tm3+掺杂的碲酸盐微结构光纤中实现了2 μm的激光输出。采用棒管法拉制出了纤芯由6个空气孔包围的微结构光纤, 选取了2.8 cm 的微结构光纤, 研究了其激光性能, 获得了9 mW 波长为1 872 nm 的激光输出, 激光的斜效率为6.53%, 激光阈值为200 mW。研究结果表明, 所制备的Tm3+掺杂碲酸盐微结构光纤可用于制作紧凑型2 μm光纤激光器。
Tm3+掺杂 碲酸盐玻璃 微结构光纤 光纤激光器。 Tm3+ doped tellurite glasses microstructure fiber fiber laser