1.7 μm波段有许多分子吸收线, 位于活体组织的透明窗口中。该波段激光源在材料加工、中红外激光产生、气体检测、医疗手术和生物成像等领域有着重要的应用, 受到国内外研究者的重视, 并取得了一些研究成果。总结了国内外1.7 μm波段激光器的研究进展及相关应用, 介绍了长春理工大学在该领域的工作。尽管现有的研究和应用仍面临着一系列问题, 但随着相关技术的不断提高, 1.7 μm波段高性能光纤激光器必将得到快速的发展。

中红外波段激光光源在环境监测、材料加工、外科手术、**等领域发挥重要作用。泵浦低损耗、高浓度Er3+掺杂ZBLAN(Er∶ZBLAN)光纤是产生近3 μm激光输出的主要手段之一，相较于其他同波段固态激光器，Er∶ZBLAN光纤激光器具有易集成、效率高,可采用激光二极管直接泵浦等优势，性能日渐提升的Er∶ZBLAN光纤激光器有望成为3 μm波段最先发展成熟、走向应用的激光光源。本文主要介绍Er∶ZBLAN光纤激光器工作原理和发展现状，对三种不同的Er∶ZBLAN光纤激光器存在的问题进行分析和总结，最后对Er∶ZBLAN光纤激光器发展趋势进行展望。

搭建了基于声光调Q种子源的主振荡高功率放大(MOPA)系统。采用自主设计和制备的大模场双包层(100μm /400μm)有源光纤,通过两级放大,在重复频率为60kHz、脉冲宽度为150ns的条件下实现了平均功率为1000W的脉冲输出,斜率效率为72.5%,光谱显示无剩余泵浦光和寄生振荡,同时没有受激拉曼散射效应。此时的脉冲宽度展宽到260ns,单脉冲能量为16.7mJ。这是采用国产光纤实现脉冲激光器平均功率突破1000W的首次报道。

脉冲光纤激光器在加工、光通信、生物医学、非线性研究等领域有很大的应用前景, 所以得到了广泛的关注。为了得到脉冲激光输出需要使用饱和吸收体, 其中二维材料具有独特的光电特性, 在光学和光电器件中已经有很多的应用, 尤其是二维材料具备良好的饱和吸收, 制备工艺简单, 易与光纤系统集成, 工作波长宽等特点, 被广泛地应用于脉冲光纤激光器。文中回顾了二维材料和光纤的集成方式以及相应的脉冲光纤激光器的输出特性, 并且对这类脉冲光纤激光器进行了外场调控的研究。

针对青铜金刚石砂轮V形凹面修整困难的问题, 利用光纤激光切向整形法, 得到修整青铜金刚石砂轮V形凹面新的技术方法。在分析激光切向整形作用机理的基础上, 确定关键激光工艺参数。采用超景深三维显微镜检测磨削后的石墨板, 间接采集V形凹面砂轮的特征。研究不同激光工艺参数对V形凹面修整效率的影响规律, 及不同重叠率对青铜金刚石砂轮V形凹面的几何特征参数的影响规律。研究结果表明, 激光平均功率与激光光斑重叠率对修整效率影响较大, 近似呈正比例关系; 合适的重叠率有利于减小形状误差PV值(最小形状误差PV值为36 μm); 相比激光扫描轨迹线重叠率, 激光光斑重叠率对修整后成形角度和V形凹面尖角半径值影响更大, 激光光斑重叠率越大, 成形角度与V形凹面尖角半径值越大; 修整后砂轮形状误差均可控制在5%以内, 初步验证了脉冲激光切向修整V形凹面青铜金刚石砂轮的可行性。

高峰值功率脉冲光纤激光器在激光雷达系统中有着广泛的应用。然而, 光纤激光器中放大自发辐射噪声(ASE)严重影响了系统的探测性能。提出一种测量高峰值功率脉冲光纤激光器中ASE噪声的方法。在该方法中, 首先对高峰值功率的激光脉冲衰减, 然后在时域分别测量和计算ASE噪声和激光脉冲的相对能量。给出了光纤激光器在驱动电流分别为6 A, 7 A和8 A时衰减后的ASE噪声廓线以及ASE噪声占激光脉冲能量的比例。

建立了百纳秒级单频脉冲光纤激光极限输出功率的理论模型，分析了影响Yb3+掺杂的硅玻璃光纤和磷酸盐光纤最大输出功率的影响因素，计算结果表明影响硅玻璃光纤极限输出功率的因素有抽运光亮度、透镜效应和受激布里渊散射(SBS)效应，而对于磷酸盐光纤除了上述三种因素外还包括纤芯的熔化。在单频脉冲极限输出功率方面磷酸盐光纤的性能要优于硅玻璃光纤。

报道了基于声光调Q的高峰值功率全光纤脉冲激光器，通过改变驱动信号，可获得不同特性的脉冲激光输出。当重复频率为10 kHz时，脉冲宽度在3~900 ns可调。在脉冲宽度为65 ns时，获得1.24 W的平均功率输出，单脉冲能量0.13 mJ，峰值功率2 kW。当重复频率为100 Hz时，可获得脉冲宽度为86 ns、平均功率84 mW的输出，单脉冲能量0.84 mJ，峰值功率10 kW。该激光器结构简单，可以通过调制方便地改变激光参数，可作为进一步放大、压缩脉冲和提高重复频率的种子源。

为了解决在非晶硅薄膜太阳能电池的制备中, 喷砂除边工序存在污染大、加工一致性不佳等问题, 使用1064nm脉冲光纤激光器, 在加工速率3500mm/s、功率30W、重复频率80kHz、填充线间距0-05mm的参量下, 完成了激光除边, 获得了清除区电阻大于1000MΩ的样品。根据实验效果确定了最佳光斑交叠比, x和y方向的最佳比值分别为0-83和0-88。结果表明, 激光功率足够时, 光斑交叠情况会明显影响除边的效率和效果, 扫描速率应与重复频率和填充线间距匹配, 从而在最佳效率下获得理想的加工效果。

在单台面二极管晶圆的制备中，刀具划片存在速度慢、芯片崩边率高等问题。激光划片为非接触加工，成品率高。根据晶体硅的性质，对激光划片方向进行了讨论，分析了红外激光对硅片的作用机理。根据一维热传导方程导出的近似解析解，计算了功率和扫描速度影响下的去除深度。使用1064 nm脉冲光纤激光器完成了7.62 cm晶圆的激光划片，获得了崩边率小于1%，电性能合格率达到100%的样品。研究表明，去除深度影响芯片的崩边率，离焦量影响芯片的电性能。控制去除深度和离焦量进行划片会获得很高的良品率。