HBr光纤气体激光器实现4 μm波段中红外激光输出

封底文章| 《光学学报》第16期封底故事：周智越;李昊;崔宇龙;黄威;王泽锋;基于空芯光纤的光泵浦4 μm连续波HBr气体激光器[J]. 光学学报,2020,40(16):1614001.

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      中红外波段激光波长涵盖了大多数分子振动吸收峰，在军事、生物医疗及大气通信等领域有重要的应用价值和广泛的应用前景。到目前为止，已经有很多方案被用于产生中红外激光，其中光纤激光器最有希望实现紧凑、稳定、高效的中红外激光输出。

中红外激光的应用（图片来自网络）

传统的熔石英光纤在2.2 μm以下的近红外波段有着广泛的应用，但是其对波长2.2 μm以上的激光具有很强的吸收，损耗急剧增大。要有效产生2.2 μm以上的激光，通常采用在中红外波段具有较低传输损耗的氟化物玻璃光纤和硫系玻璃光纤。然而这些软玻璃光纤的制备工艺还不成熟，目前损耗还比较高。同时，由于软玻璃的熔点较低、热稳定性差，在高功率输出方面受到很大限制。

随着在中红外波段具有较低损耗的空芯光纤发展，出现了一种新型的中红外光纤气体激光器，很好地结合了光纤激光器和气体激光器的优点。本文关注的 HBr 气体，是传统气体激光器的一种重要增益介质，主要用于产生4 μm 波段激光输出。到目前为止，已经报道的 HBr 气体激光器体积都比较庞大，全部为脉冲激光输出。

国防科技大学王泽锋教授课题组首次将HBr气体充入空芯光纤中，以自行搭建的窄线宽可调谐2 μm掺铥光纤放大器为泵浦源，室温下实现了连续波4 μm波段的中红外激光输出。

图1基于空芯光纤的光泵浦4 μm连续波HBr气体激光器实验装置.

实验结构如图1所示。用一个自行搭建的连续波可调谐窄线宽2 μm掺铥光纤放大器泵浦一段4.4米长充有低压HBr气体的反共振空芯光纤，在空芯光纤内的HBr分子发生本征吸收跃迁，得到了4 μm波段R(2)和P(4)两条激光谱线输出，输出最大功率为125 mW，光光转换效率约为10%，实验结果如图2所示。

图2 （a）输出光谱图；（b）不同气压下4 μm输出功率随耦合的泵浦光功率的变化.

未来通过改善空芯光纤传输损耗谱、优化泵浦源性能、提高泵浦光耦合效率、优化空芯光纤长度和气压、使用缓冲气体等措施，中红外激光输出功率和效率有望大幅提升。

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延伸阅读：

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