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科普知識
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光纖頭

一種新型光纖激光變頻系統(tǒng)

發(fā)布日期:2022-04-17 點(diǎn)擊率:90

不同波段激光存在一些特性上的差異,比如中紅外波段激光已經(jīng)在諸多領(lǐng)域得到了有效利用,包括遠(yuǎn)程自由空間光通信、環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療診斷等領(lǐng)域。除此之外,中紅外激光在軍事應(yīng)用領(lǐng)域也占有一席之地,主要集中于成像激光雷達(dá)和激光定向紅外干擾這兩個方向。

然而,常見的固體激光器工作波長均集中于近紅外波段,必須發(fā)展中紅外激光介質(zhì)或采用非線性頻率變換技術(shù)才能將激光器的工作波長變換至所需的合適范圍。早期基于非線性頻率變換技術(shù)實(shí)現(xiàn)的中紅外激光器均采用傳統(tǒng)固體激光器作為泵浦源,一般都會有體積大,易受外界環(huán)境不穩(wěn)定因素干擾等缺點(diǎn),從而導(dǎo)致其穩(wěn)定性差,難維護(hù)且維護(hù)成本高等問題。

相較于傳統(tǒng)固體激光器而言,光纖激光器具有光束質(zhì)量好、光譜靈活可控、轉(zhuǎn)化效率高、體積緊湊、熱管理方便等諸多優(yōu)點(diǎn);利用光纖激光器泵浦實(shí)現(xiàn)的中紅外光參量振蕩器具有參量轉(zhuǎn)換效率高、穩(wěn)定性高、易于調(diào)諧、結(jié)構(gòu)緊湊、集成度高等諸多優(yōu)點(diǎn)。在實(shí)際應(yīng)用上,與傳統(tǒng)空間固體激光器相比,利用光纖激光器作為變頻光源,有如下眾多優(yōu)勢:

結(jié)構(gòu)靈活:不因振動或溫度變化而產(chǎn)生變化,重量輕、結(jié)構(gòu)靈活、攜帶方便,能滿足不同場合需求;

波段靈活:光纖激光工作波段遠(yuǎn)超過固體激光器,更可實(shí)現(xiàn)光譜定制,使能量集中于一支或多支譜線,且光譜形態(tài)和包絡(luò)靈活可控;

切換靈活:光纖激光器件集成度高,容易實(shí)現(xiàn)頻率、偏振、相位等的調(diào)節(jié)控制,實(shí)現(xiàn)不同功能;

連續(xù)波工作模式:采用連續(xù)波光纖激光器作為泵浦源,可以提高系統(tǒng)的使用壽命,實(shí)現(xiàn)功率穩(wěn)定的中紅外激光輸。

為了更有效率地實(shí)現(xiàn)近紅外激光到中紅外激光之間的變換,一門被稱為頻率變換技術(shù)的新技術(shù)門類被開發(fā)出來,這種技術(shù)目的是用來將激光器的工作波長變換至所需范圍。傳統(tǒng)的固體激光器波長受限于自身的能級結(jié)構(gòu),通常都是難以改變的,但是通過頻率變換技術(shù),特別是其中的光學(xué)參量振蕩技術(shù),由人工定制的非線性晶體決定其波長,只需要改變一點(diǎn)點(diǎn)細(xì)節(jié),就可以實(shí)現(xiàn)極大的轉(zhuǎn)化,使激光的波長變換出無數(shù)可能,更可以變換到之前無法實(shí)現(xiàn)的波段上去。

想要實(shí)現(xiàn)高功率光纖變頻中紅外激光,需要克服光纖激光內(nèi)偏振不穩(wěn)定、自脈沖、光纖非線性效應(yīng)、參量逆轉(zhuǎn)換效應(yīng)、寄生振蕩效應(yīng)等多種不利因素的影響,并突破一系列的科學(xué)難題,可謂困難重重。

據(jù)悉,國內(nèi)科研機(jī)構(gòu)使用連續(xù)波光纖激光泵浦中紅外光學(xué)參量振蕩器作為突破口,先后攻克了光纖激光的混合放大、偏振補(bǔ)償、高效率中紅外頻率變換等技術(shù)難題,在國內(nèi)率先開展了光纖變頻中紅外激光技術(shù)研究。

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