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2-6.5 µm瓦量级全光纤超连续激光源的产生研究
作者: irglass 时间: 2021-03-04 浏览:550 次

       近日,我室硕士生严斌以第一作者(共同通讯作者:杨佩龙,白胜闯),在光学期刊OPTICS EXPRESS上发表了题为“The generation of watt-level supercontinuum covering 2-6.5 µm in an all-fiber structured infrared nonlinear transmission system”的论文。(ISSN: 1094-4087, 2021, 29(3), 4048-4057)。

       当前,中红外超连续(SC)已经广泛应用于大气遥感、医学成像、分子特征识别等领域。全光纤结构中红外超连续谱产生系统具有稳定性高、结构紧凑、热管理方便,已成为了当前国内外知名机构争相研究的热点。迄今,尽管光谱展宽至6 μm以上的全光纤中红外SC已经有大量报道,但受限于泵浦源功率及软玻璃光纤高功率耦合中诸多技术瓶颈,其输出平均功率均在毫瓦量级。

       本工作以自制高功率2 μm光纤激光作为泵浦源,依次级联泵浦ZBLAN光纤和As2S3光纤,建立理论模型,系统分析了软玻璃光纤之间的耦合间距对透射效率、耦合功率的影响,并深入探索了氟化物与硫系光纤耦合端面损伤机理,解决了氟化物光纤与硫系光纤耦合中的诸多关键技术难题。同时,结合实验室先进的石英与氟化物光纤低损耗熔接技术,最终在级联光纤的非线性激光传输系统中,获得了平均功率大于1W,光谱覆盖2-6.5 μm的SC输出。

       此外,考虑到多脉冲泵浦SC系统脉冲的特殊性,立足经典非线性薛定谔脉冲传输方程,并通过修正脉冲特征参数,精确模拟了多脉冲在As2S3光纤系统中的演化过程,并首次获得了多脉冲泵浦下中红外SC产生数值模拟图像,该结果与实验测量光谱高度吻合。

图1 全光纤SC系统原理图

图2 (a) 不同长度的As2S3光纤的输出光谱(实线)和As2S3光纤的损耗曲线(短虚线);(b) 4m长As2S3光纤输出光谱以及功率随输入功率的变化关系。

图3 (a) As2S3光纤SC输出中不同光谱分量的功率占比以及全光谱传输效率随入射功率的变化关系;(b) 输出功率1.13 W下测得的中红外SC的远场光斑。

       该研究工作在全光纤中红外高功率超连续激光源的开发领域具有标志性意义,将为后续探索更宽光谱的高功率超连续激光源奠定坚实的技术与理论基础。