科研人员实现1.9μm波段气体光纤激光器的受激拉曼散射高效连续运转
文章导读
你是否想过，一根充满氢气的微米级光纤，竟能输出高功率、窄线宽的1.9微米激光？中国科学院上海光机所团队突破传统限制，利用自主研制的低损耗空芯光纤，将激光与气体作用效率大幅提升，实现25瓦连续输出，量子效率超73%——这是目前全球最高功率的同类激光器。他们如何用“光纤囚禁光”实现气体拉曼激光的高效运转？这项技术又将如何推动中红外单频激光器的未来发展？背后的关键，竟是对光纤结构的精密调控与气体相互作用长度的革命性延长。
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近期，中国科学院上海光学精密机械研究所研究团队基于自主研制的低损耗嵌套型反谐振空芯光纤，实现了1.9 μm氢气填充光纤激光器的受激拉曼散射连续运转，输出激光线宽小于10 MHz，量子效率大于73%，输出功率25 W。
气体受激拉曼散射是实现激光波长转换的有效手段，其波长可覆盖紫外至红外波段。然而，传统的气体受激拉曼激光器因激光相互作用长度的限制，需要以大功率纳秒激光为泵浦源，激光器线宽压缩、光斑质量和光谱纯度提升陷入瓶颈。空芯光纤因特殊的光纤结构，能够将激光约束在直径为微米量级的中空纤芯内并进行长距离传输，增加了激光与气体的有效作用长度和相互作用强度，使得低功率连续光泵浦成为可能。同时，调控空芯光纤的传输带还可以抑制不需要的拉曼谱线产生，提高目标拉曼谱线的转化效率，推动高效高功率气体拉曼激光的发展。
该研究采用单程放大光路设计，利用47 m长反谐振空芯光纤，在填充氢气气压为10 bar的情况下，实现了25 W的前向1.9 μm Stokes连续激光输出，功率转换效率和量子效率分别为40 %和73 %，这是迄今为止所报道的最高功率。研究显示，利用扫描FP干涉仪测量1.9 μm输出激光，线宽小于10 MHz。
上述研究为中红外波段、高功率、窄线宽激光的产生，提供了新的解决思路，并为未来构建中红外波段的单频气体光纤激光奠定基础。
相关研究成果发表在《中国光学快报》（Chinese Optics Letters）上。研究工作得到国家自然科学基金和中国科学院战略性先导科技专项等的支持。
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