新型光纖激光變頻系統(tǒng)

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。

審核編輯 黃昊宇