1 中国计量大学 光学与电子科技学院， 光电材料与器件研究院， 浙江 杭州 310018
2 中国科学院 上海应用物理研究所， 上海 201800
3 中国科学院 上海高等研究院， 上海 201210
4 中国科学院大学， 北京 101408
基于产生3 μm中红外激光的Er3+能量转换过程与能级体系，建立了掺铒氟化物光纤激光器的速率方程和传输方程，系统地研究了泵浦结构和光纤长度对输出功率、斜率效率以及腔内泵浦和激光功率分布的影响，为后续的实验提供理论依据。仿真确定了小泵浦功率的光纤激光器理想的光纤长度为4~8 m，最终实验选择4.7 m光纤完成了中红外掺铒氟化物光纤激光器连续激光输出光路的搭建， 在泵浦功率为5 W、中心波长为2.797 μm处实现了最大功率1.038 W、斜率效率20.4％的连续激光输出。
中红外 氟化物光纤激光器 速率方程 连续激光 mid infrared erbium-doped fluoride fiber laser rate equation CW laser 
Author Affiliations
Abstract
1 Shenzhen Key Laboratory of Laser Engineering, Guangdong Provincial Key Laboratory of Micro/Nano Optomechatronics Engineering, Key Laboratory of Optoelectronic Devices and Systems of Ministry of Education and Guangdong Province, State Key Laboratory of Radio Frequency Heterogeneous Integration, College of Physics and Optoelectronic Engineering, Shenzhen University, Shenzhen, China
2 Key Laboratory of Advanced Optical Precision Manufacturing Technology of Guangdong Higher Education Institutes, Shenzhen Technology University, Shenzhen, China
3 Han’s Laser Technology Industry Group Co., Ltd., Shenzhen, China
High-power femtosecond mid-infrared (MIR) lasers are of vast importance to both fundamental research and applications. We report a high-power femtosecond master oscillator power amplifier laser system consisting of a single-mode Er:ZBLAN fiber mode-locked oscillator and pre-amplifier followed by a large-mode-area Er:ZBLAN fiber main amplifier. The main amplifier is actively cooled and bidirectionally pumped at 976 nm, generating a slope efficiency of 26.9%. Pulses of 8.12 W, 148 fs at 2.8 μm with a repetition rate of 69.65 MHz are achieved. To the best of our knowledge, this is the highest average power ever achieved from a femtosecond MIR laser source. Such a compact ultrafast laser system is promising for a wide range of applications, such as medical surgery and material processing.
femtosecond fiber laser fluoride fiber amplifier master oscillator power amplifier mid-infrared High Power Laser Science and Engineering
2023, 11(4): 04000e53
朱晰然 1,2,3张斌 1,2,3,*陈子伦 1,2,3赵得胜 1,2,3[ ... ]侯静 1,2,3
1 国防科技大学 前沿交叉学科学院，湖南 长沙 410073
2 国防科技大学 南湖之光实验室，湖南 长沙 410073
3 国防科技大学 高能激光技术湖南省重点实验室，湖南 长沙 410073
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。
中红外光纤光源 超荧光光源 侧面泵浦合束器 氟化物光纤 mid-infrared fiber source superfluorescent fiber source side-pumping combiner fluoride fiber 红外与激光工程
2023, 52(5): 20230101
1 天津大学精密仪器与光电子工程学院，天津 300072
2 天津大学光电信息技术教育部重点实验室，天津 300072
为了提升中红外光纤激光器的功率和效率，基于掺铒氟化物光纤的高效热管理技术、高性能中红外光纤端帽制备技术和高功率泵浦激光的高效耦合技术，利用高功率976 nm半导体激光器，单端泵浦8 m长、掺杂铒离子的摩尔分数为7%的氟化物增益光纤，实现了33.8 W的中红外2.8 μm激光输出，据我们所知，这是单端泵浦中红外光纤激光器的最高功率水平，此时激光器的光光转换效率达26.4%。
激光器 中红外光纤激光器 单端泵浦 高功率激光 掺铒氟化物光纤
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所发光学及应用国家重点实验室，吉林 长春 130033
2 中国科学院大学材料科学与光电技术学院，北京 100049
功率低是限制中红外光纤激光器实际应用的一个关键因素，功率提升对于拓展其应用范围具有非常重要的意义。报道了2 W级近单模3.5 μm光纤激光实验装置，即采用976 nm和1973 nm两个波长的泵浦光源级联泵浦铒掺杂氟化物光纤(Er∶ZBLAN)，实现了3.5 μm激光输出。为了进一步提升激光输出功率，采用双向抽运方法，最终实现的室温下连续输出的最高功率为2.32 W。激光激射阈值约为1.5 W，激光器工作时总的光光转换效率为10.33%，中心波长为3.54 μm，激光器工作模式为近单模，光束质量因子(M2)小于1.5。
激光器 中红外激光 光纤激光 双向泵浦 氟化物光纤 中国激光
2022, 49(18): 1801001
1 武汉大学物理科学与技术学院，湖北 武汉 430072
2 中国科学院空间应用工程与技术中心太空制造技术重点实验室，北京 100094
3 中国科学院大学计算机科学与技术学院，北京 100049
氟化物ZBLAN玻璃光纤在**、通信、医疗等领域具有重要应用价值，超低损耗光纤的制备已成为大国竞争的战略性关键技术。ZBLAN玻璃熔融冷却过程易出现析晶，其内部多发的结晶区域会引起光传输的散射，导致玻璃光纤实际损耗比理论损耗高2~3个数量级，极大限制了其应用。因此，超低损耗ZBLAN玻璃光纤的制备成为光纤领域的一大挑战。空间微重力环境可抑制重力引起的熔体组分对流，大幅降低熔体成核和微晶生长的速度以及ZBLAN玻璃材料凝固过程中的析晶程度，进而降低材料的光学损耗。美国航空航天局在国际空间站已经开展多轮光纤制造技术的相关试验，随着我国空间站的建成运行，在微重力环境中制造氟化物光纤已经具备了初步可行性。概述了国内外太空制造光纤的主要研究进展，着重介绍了微重力环境下超低损耗氟化物光纤的制备原理，探讨了特种光纤“太空制造-地面应用”的可行性。该研究为我国太空制造水平的提升、航天科技应用领域的拓展提供了技术参考。
材料 氟化物光纤 超低损耗 析晶 微重力环境 太空制造 激光与光电子学进展
2022, 59(15): 1516018
湘潭大学物理与光电工程学院，湖南 湘潭 411105
数值研究了中红外2.8 μm波段基于可饱和吸收体（SA）锁模掺铒氟化物光纤激光器中自相似脉冲的产生及演化过程。结果表明：通过锗棒进行色散补偿使腔内净色散为0.020~0.048 ps2时，基于SA锁模的掺铒氟化物光纤激光器腔内脉冲可维持自相似演化；保持腔内净色散为0.03 ps2，可以获得抛物线形状最理想的脉冲，其脉冲宽度为19.7 ps、峰值功率为630 W、脉冲能量为12.4 nJ。为了进一步优化激光器的输出特性，研究了增益光纤的小信号增益、增益饱和能量以及SA的调制深度、饱和功率等参数对激光器脉冲输出特性的影响，为自相似锁模掺铒氟化物光纤激光器的设计提供了一定的参考。
激光光学 中红外 抛物线脉冲 氟化物光纤激光器 激光与光电子学进展
2022, 59(13): 1314004
电子科技大学电子薄膜与集成器件国家重点实验室，四川 成都 610054
中红外超短脉冲激光是国际研究热点，它在激光微创治疗、聚合物精细加工、高次谐波产生、强场激光物理、超快分子成像等领域具有重要的应用前景，而锁模是产生超短脉冲的重要技术手段。本文围绕氟化物光纤激光器，从稀土离子中红外激光激射过程出发，对该波段目前常用的三种锁模方式（包括材料可饱和吸收、非线性偏振旋转、频移反馈）的工作机理、发展现状以及存在问题进行了介绍、分析与总结，并对中红外锁模光纤激光器的发展趋势进行了展望。
1 深圳大学物理与光电工程学院深圳市激光工程重点实验室，广东 深圳 518060
2 国防科技大学前沿交叉学科学院，湖南 长沙 410073
3 深圳技术大学，广东 深圳 518118
采用飞秒激光逐线直写法，在氟化物光纤中制备出了窄带宽、高反射率的中红外光纤光栅，其中心波长为2964.34 nm，3 dB带宽为1.24 nm，反射率高达99.27%。该工作有利于构建“全光纤化”中红外光纤激光器，对推动国内中红外光纤激光器核心器件的全自主化具有重要意义。
