中红外光纤拉曼激光器.docx

《中红外光纤拉曼激光器.docx》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、中红外光纤拉曼激光器的发展趋势与应用前景已知光纤的拉曼频移∆ν，根据所选泵浦光波长，即可推导出输出Stokes波长如下：1λp-1λs=△v其中λp为泵浦光波长，λs为输出Stokes波长。如果是级联结构，输出的一阶Stokes光作为泵浦光继续泵浦下一级，对应二阶Stokes波长亦由上式算出，依此类推。氟化物光纤的拉曼频移量达579cm-1，高于硫化物光纤的拉曼频移（As-Se光纤为240cm-1，As-S光纤为340cm-1）。在相同泵浦波长下，泵浦氟化物光纤输出的拉曼波长较长；但输出波长整体上仍主要取决于泵浦波长。在光纤拉曼激光器中，拉曼增益系数

2、gR是描述拉曼效应最重要的参量，理论上没有直接推导gR的公式，需要通过实验测量。定义开关增益G为泵浦光开和泵浦光关时输出端功率之比，如下：G=exp⁡(gRPOLeffAeff)P0为入射泵浦功率，Leff为光纤有效长度，Aeff为光纤有效模面积。根据这些已知参数，测量出开关增益即可算出gR。氟化物光纤的拉曼增益系数一般为石英光纤的5.7倍。相比氟化物光纤，硫化物光纤的拉曼增益系数更高（As-Se光纤为20-51×10-12m/W，As-S光纤为4.3-5.7×10-12m/W），是氟化物光纤的50-350倍。氟化物光纤和硫化物光纤较高的拉曼增益系数

3、，使其在较短光纤长度即可获得拉曼激光输出。一、氟化物光纤拉曼激光器的研究进展最常用的氟化物光纤为ZBLAN光纤，其低损耗传输窗口为0.35-4μm。目前利用在氟化物光纤中掺杂Tm3+、Ho3+、Er3+等不同离子已实现2-3μm波段的激光输出。中红外波段光栅(FBG)的市场稀缺一定程度阻碍了中红外光纤拉曼激光器的发展。2007年，拉瓦尔大学采用800nm飞秒激光器在ZBLAN光纤中成功写入FBG；2011年，他们首次尝试基于氟化物光纤的拉曼激光器，其实验结构图如图1所示。图12185nm激光输出的光纤拉曼激光器结构图他们采用功率为9.6W的1940n

4、m连续波掺铥石英光纤激光器做泵浦源，然后耦合进29m长的氟化物光纤拉曼增益谐振腔中。该光纤的数值孔径为0.23，内径为6.5μm。两端写入一对光纤光栅（FBG），图2给出了输出功率随泵浦功率变化而变化的曲线图。7图2输出功率-泵浦功率的变化曲线图可以看出，泵浦功率阈值为3.8W，斜率效率只有29%，受泵浦功率有限的影响，最大输出功率只有580mW。此外，从图上可以看出，当泵浦功率超过4W时，曲线出现了值得注意的翻转，当泵浦功率达到7W时，效率减少了大概14%。他们通过验证得知，这是非线性效应，特别是四波混频导致频谱展宽的结果。图3给出了当Stokes

5、功率为280mW时输出光谱图，其中插图为实际测量中两FBG随光谱变化的透射率变化图。由图可知输出波长为2185nm。该实验作为首个以氟化物光纤为增益介质的光纤拉曼激光器，输出功率和斜率效率都很低，可以从如下几方面改进：将输出末端再写入一个FBG，用于提高泵浦功率的利用率，降低拉曼散射阈值，进一步提高输出功率；通过调节后面腔体两端FBG的反射率以得到最佳输出性能；减小光纤的模场直径等。图3输出光谱图及输入输出FBG的透射率变化图2012年8月，同是拉瓦尔大学的COPL研究小组报道了基于氟化物光纤的出波长超过2.2μm且功率在瓦量级的光纤拉曼激光器。结构

6、如图4所示。图42231nm激光输出的光纤拉曼激光器结构图原理结构和之前图1所示的研究结构图类似，不同之处在于，在输出末端加了一个在71981nm处具有高反射率的FBG。其它材料的性能参数一样，采用36W的791nm激光二极管泵浦8m长的双包层掺铥石英光纤产生1981nm的泵浦光，对接耦合进26m长的氟化物光纤拉曼腔，腔输入输出端同样分别写入一个FBG。输出功率随泵浦功率变化而变化图象如图5所示。观察可知，启动泵浦功率约为8W，主体斜率效率为15%。最大泵浦功率36W时，输出功率为3.66W的2231nm拉曼激光。图5输出功率-泵浦功率的变化曲线图输

7、出Stokes光和拉曼腔输入端的泵浦光光谱如图6所示。从图中可以看出，输出Stokes光的峰值波长为2231nm。此外，两者光谱出现了一定的展宽，且随功率的增大而变更宽。这种现象在高功率光纤拉曼激光器中是普遍存在的，当光谱宽度宽于FBG的带宽时通常引起功率泄露而影响激光器的特性，理论上来讲这种现象主要是源于低群速度色散(GVD)和高反射率FBG的综合影响。由于他们使用的氟化物光纤的稳定工作区在零色散波长附近，故GVD的影响可以忽略不计。与此同时，写入高反射率的S2增强了泵浦功率在腔内的作用强度，对由于光谱展宽引起的效率降低起到了一定的补偿作用。图6(

8、a)泵浦光光谱图；(b)输出Stokes光光谱图综上所述，国内外基于氟化物光纤的中红外拉曼激光器的报道较少，