来源：国防科技大学 崔宇龙 王泽锋    关键词：中红外光纤激光, 激光, 激光技术,    

国防科技大学王泽锋教授课题组与北京工业大学王璞教授、汪滢莹副教授研究团队合作，利用一个掺铥光纤放大的可调谐2 μm半导体激光器泵浦一段充低压二氧化碳气体的反共振空芯光纤，实现了单程结构百毫瓦级4.3 μm光纤激光输出，为已知报道的连续波光纤激光输出的最长波长（超连续谱激光除外）。

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中红外激光（3~5 μm波段）在空间通信、遥感、光电对抗、医疗、大气监测等众多领域有重要的应用价值，一直以来都是国内外关注的热点。目前报道的产生中红外激光的方式主要有气体激光器、固体激光器、量子级联激光器、超连续谱激光器和掺杂稀土离子的光纤激光器。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。

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2.5 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。此外，受稀土离子种类的限制，基于掺杂光纤的激光输出波长范围非常有限，而且难以超过4 μm，目前报道的最长波长为3.92 μm。

气体激光器早已被证明是产生中红外激光的有效方式，尤其是近年来被广泛研究的基于空芯光纤的光泵浦气体激光器。相较于传统的气体腔，空芯光纤可以在很长的一段距离上将增益气体和泵浦光束约束在几微米至几十微米纤芯区域内，极大增强了光与气体的相互作用。和掺杂稀土离子光纤激光器相比，空芯光纤气体激光器的增益介质选择具有更高的灵活性，可以实现更多的激光波长，而且容易产生4 μm以上激光输出。在空芯光纤中，基模边缘场强比中心最高的场强至少低一个数量级以上，同时纤芯模和包层玻璃材料重叠面积很小甚至可以忽略，因此空芯光纤气体激光器的损伤阈值大大增加，而且气体还可以通过某种方式循环散热，使得光纤气体激光器在高功率输出方面具有极大的潜力。此外，由于气体的非线性效应很弱，光纤气体激光器在高功率情况下保持窄线宽激光输出方面相对实芯掺杂光纤有很大的优势。

图1（a）实验装置图；（b）输出光谱图；（c）5 mbar气压下4 μm输出功率随吸收泵浦功率的变化。

在该项工作中，反共振空芯光纤由北京工业大学王璞教授、汪滢莹副教授研究团队设计拉制，国防科技大学王泽锋教授课题组采用自研的2 μm窄线宽光纤放大器作为泵浦源，利用二氧化碳气体R(30)吸收线的能级跃迁，得到了4.3 μm波段R(30)和P(32)两条激光谱线输出，输出功率为82 mW，激光效率约19.3%。实验装置和结果如图1所示