超快光纤激光技术之二十七 CLEO2022回顾之三

作者:电工吧 日期:2022-11-03 06:42:05 人气: 栏目:激光

波长范围在2-20μm的中红外光源在驱动高次谐波、环境监测和医疗诊断等方面有着重要的应用。今年的CLEO有七个中红外及其应用的分会场,本次跟大家分享其中关于全光纤中红外激光器方面的两个报告。

随着中红外光纤的发展,利用光纤激光器直接获得更长波长的激光成为可能。如图1所示,对于无源光纤来说,目前有氟化物、硫化物以及硒化物光纤可以将透射范围扩展至10μm以上,可以利用这些光纤中的三阶非线性(比如孤子自频移、超连续产生等)进行频率转换来拓展波长范围。对于有源光纤来说,在ZBLAN光纤中掺杂稀土离子比如Er、Tm等,可以使其激发波长转移至3μm附近。

超快光纤激光技术之二十七 CLEO2022回顾之三

图1 中红外光纤

第一个报告来自法国利摩日大学[1]。如图2所示,他们利用2μm的掺铥CPA系统作为前端,产生中心波长在1965nm、765fs、1μJ的脉冲。然后在40μm大芯径的硅光纤中进行孤子自频移,产生120fs、120nJ的中心波长在2.4μm的拉曼孤子,然后用长度为3.5m的大模场ZBLAN光纤再次进行孤子自频移。图2左下为这款光纤的有效模场面积、色散以及弯折损耗。右边为模拟和实验的对比,最终能产生中心波长在3160nm、脉冲能量为50nJ的红移孤子,脉冲宽度为86fs。

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图2 中红外孤子自频移

如图3所示,将产生的孤子过滤出来,耦合进4cm硒化砷光子晶体光纤中产生了超过一个倍频程的超连续谱,紫线为测量结果,橙线为计算结果。由于整个光谱具有线性啁啾,因此后续可以进一步压缩。

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图3 中红外超连续产生

第二个报告与上一个报告来自同一课题组[2],在上述工作的基础上又往长波扩展了一步。为了得到更宽的超连续谱,较优的情况是泵浦波长位于色散零点附近,这样做的原因在于能结合更多的非线性效应来产生更多的频率成分从而产生更宽的光谱。硒化砷光纤色散零点在5μm附近,这一工作主要是将拉曼孤子频移到4.5μm,然后再耦合进这款光纤中进行超连续展宽。如图4所示,为了将拉曼孤子向更长波移动,增加了一段更小芯径的ZBLAN光纤和一段小芯径的氟化物光纤,最后耦合进AsSe光纤中产生超连续谱。

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图4 实验装置

如图5所示,前两级孤子自频移结果跟上一个报告结果类似。然后用小芯径的ZBLAN光纤展宽至3.5μm,对应的脉冲能量为30nJ,然后用氟化物光纤进一步展宽至4.5μm,脉冲能量为8nJ,脉宽为208fs。右图为拉曼孤子展宽至4μm时,对应的脉冲能量大于6.5nJ,脉宽为180fs。

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图5 级联孤子自频移

如图6所示,然后将4.2μm的拉曼孤子耦合到30cm硒化砷光纤中,产生了1.8-7.8μm超过两个倍频程的超连续光谱。

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图 6 超过两个倍频程的超连续谱产生

总之, 随着中红外光纤的发展,光纤激光器直接输出更长波长的激光成为可能。由于全光纤中红外激光器具有结构紧凑,散热性好等优势,相信未来能在更多领域大展身手。

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