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
1 西安科技大学 安全科学与工程学院，陕西西安70054
2 陕西省煤火灾害防治重点实验室，陕西西安710054
3 中石化安全工程研究院有限公司 化学品安全全国重点实验室，山东青岛266000
H2S，CH4多组分气体浓度测量技术的研究对石油石化行业的安全生产有重要意义。基于中红外TDLAS技术， 选用中心波长为8.309 μm的量子级联激光器(Quantum Cascade Laser,QCL)为检测光源，搭建30 m长距离的遥测实验系统，使用WMS波长调制法对H2S，CH4气体的吸收谱线进行连续调谐与扫描，并对高频正弦载波进行了最优深化调制，实现了H2S，CH4多组分气体的同时测量。实验将H2S与5%体积分数的高浓度水汽进行混合测量，分析并验证了该波段的水汽吸收难以对测量造成交叉干扰的优良特性，并利用Savitzky-Golay平滑滤波器提高了检测信号的信噪比。通过遥测实验，分析了15 m，30 m不同遥测距离对检测信号的影响，并利用增加积分时间与计算信噪比的方法，得到了128.75×10-9 m的遥测最低限。最后，Allan方差的计算结果表明，当积分时间为183 s，142 s时，系统对H2S，CH4气体的最低检测下限分别为0.593×10-9和1.160×10-9。本文的研究结果为中红外波段H2S，CH4多组分气体的高灵敏度、同时测量提供了一种有效途径，为多组分气体的遥测应用提供了参考。
中红外 硫化氢 量子级联激光器 多组分气体遥测 mid-infrared hydrogen sulfide Quantum Cascade Laser(QCL) multi-component gas sensing 刘帅 1,2,3陈锴 1,2,3孙悦 1,2,3闫超 1,2,3[ ... ]姚建铨 1,2,3
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
3 天津大学微光机电系统技术教育部重点实验室，天津 300072
3~5 μm中红外波段激光在大气中具有较高的透过率，因此被广泛应用于光电对抗等领域。报道了基于掺杂氧化镁的周期极化铌酸锂（MgO∶PPLN）晶体的kHz、mJ量级的中红外光学参量振荡器（OPO）。采用纳秒脉冲1064 nm激光泵浦基于多周期MgO∶PPLN晶体的OPO，OPO采用泵浦双通单谐振平凹腔结构。中红外激光的重复频率为1 kHz，4.08 μm处输出的最高单脉冲能量达到1.041 mJ。最高光-光转换效率为16.8%，斜效率为19.3%，中红外激光脉宽约为9.53 ns。在最高能量输出时，OPO运转30 min时输出功率的均方根（RMS）为0.24%。通过温度-极化周期结合的调谐方式，OPO在3.49~4.18 μm的较宽范围内都能够保持0.9 W以上平坦的高能量输出。在极化周期27.5~29.6 μm以及温度25~200 ℃的调节范围内，闲频光波长的调谐范围为3.49~4.48 μm。实现了重复频率为kHz量级、单脉冲能量为mJ量级的可调谐中红外输出，其在光电对抗领域具有应用价值。
激光器 中红外激光 掺杂氧化镁的周期极化铌酸锂 全固态激光器 光参量振荡器 强激光与粒子束
2024, 36(1): 011002
1 天津大学精密仪器与光电子工程学院超快激光研究室&光电信息技术教育部重点实验室，天津 300072
2 中国计量科学研究院时间频率计量研究所，北京 100029
3 国家市场监管重点实验室（时间频率与重力计量基准），北京 100029
4 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
中红外飞秒光学频率梳在天文学、药物检测、生物化学、大气检测和材料科学等领域中有着广阔的应用前景。报道了一个高功率中红外飞秒光学频率梳系统，该系统主要由掺铒光纤飞秒光学频率梳、超连续谱产生装置、双包层掺铥光纤放大器和基于透射式衍射光栅对的压缩器四部分构成。掺铒光纤光学频率梳输出平均功率为350 mW、中心波长为1565 nm、重复频率为198 MHz、脉冲宽度为55 fs的飞秒激光，并将其注入到一段正色散高非线性光纤中，产生1100~2200 nm超连续光谱。超连续光通过由掺铥光纤构成的自泵浦放大器，产生中心波长为1925 nm、平均功率为50 mW的飞秒脉冲。将此脉冲作为双包层掺铥光纤放大器的种子源，功率被放大到36.07 W，压缩后得到平均功率为22.72 W、脉冲宽度为240 fs的飞秒激光脉冲输出。
非线性光学 光学频率梳 飞秒激光 啁啾脉冲放大 中红外波段
1 深圳大学微纳光电子学研究院二维材料光电科技国际合作联合实验室，广东 深圳 518060
2 中国科学院高功率激光物理重点实验室，上海 201800
中红外波段高功率激光光源在工业加工和生物医疗等领域中有着广泛的应用。报道了基于主振荡器功率放大器（MOPA）结构的百瓦级中红外连续波光纤随机激光器，获得了最高输出功率为100.40 W、斜率效率为47.8%、波长为1980 nm的连续波激光输出。得益于MOPA结构中光纤随机激光种子源在激光放大过程中的光谱带宽保持特性，100.40 W激光输出时的3 dB光谱带宽仅为～0.2 nm。激光器的短时时域强度波动和长时功率波动均表现出优良的稳定性。所提实验技术方案和实验结果有望进一步拓宽中红外高功率光纤随机激光器的应用范围。
激光器 光纤随机激光器 高功率激光器 瑞利散射 中红外激光器 高稳定性
1 南京大学固体微结构物理国家重点实验室，江苏 南京 210093
2 南京大学现代工程与应用科学学院，江苏 南京 210023
3 南京大学物理学院，江苏 南京 210093
4 南京大学人工微结构科学与技术协同创新中心，江苏 南京 210093
5 南京信息工程大学大气物理学院，江苏 南京 210044
为了实现远程气体探测，基于由超晶格材料构成的光参量振荡器，研制了一台双波长输出的中红外激光器。该光参量振荡器通过种子注入的方式，实现了纳秒级窄线宽的中红外脉冲激光输出，重复频率为500 Hz，单脉冲能量超过1 mJ，并能够对准2.6~4.0 μm波长范围内的NO、NO2和SO2的吸收峰。通过气体动态排放实验，在远程气体探测实验中对该激光器进行了验证。
光参量 窄线宽 光谱 中红外激光器 激光与光电子学进展
2024, 61(1): 0114001
1 中国科学院上海硅酸盐研究所高性能陶瓷与超微结构国家重点实验室，上海 201899
2 暨南大学理工学院光电工程系，广东 广州 510632
3 同济大学物理科学与工程学院，高等研究院，上海 200092
当前，超强超快激光正朝着全固态、高重复频率、新波段等方向发展，而发展新型激光材料是其关键基础之一。稀土掺杂碱土氟化物激光晶体兼具有晶体的高热导和玻璃的宽光谱特性，在全固态重复频率超强超快激光领域具有重要应用。本文简要概述了萤石型氟化物晶体稀土离子团簇结构的基本特征、稀土离子局域结构的演变规律，围绕稀土掺杂碱土氟化物激光晶体的结构设计、光谱调控及激光应用，综述了局域结构设计在探索新型宽光谱超快激光材料方面的最新研究进展，并对其发展趋势进行展望。
局域格位结构 光谱性能调控 宽光谱超快激光 中红外激光 激光与光电子学进展
2024, 61(1): 0116002
电子科技大学光电科学与工程学院，四川 成都 610097
2~5 μm中红外波段激光在科学研究、生物医疗、通信等众多领域中都有重要的应用价值，一直以来都是激光领域的研究热点。主要对目前国内外高功率2~5 μm全固态中红外光纤激光源的发展现状进行了梳理，包括稀土离子掺杂的中红外光纤激光器、波长灵活可设计的拉曼光纤激光器和宽带超连续谱激光器，并对2~5 μm全固态中红外光纤激光源的发展进行了展望。
激光器 中红外激光 稀土离子 拉曼激光器 超连续谱 氟化物光纤
