空芯光纤中氢气受激拉曼散射光源研究
来源：未知
发布日期：2020-04-26 08:43【大 中 小】
用于产生单程 1.7 μm 激光输出的光纤气体拉曼激光器实验装置，泵浦源为 自行搭建的 1550 nm 脉冲光纤放大器，脉冲宽度约为 12 ns，重复频率为 200 kHz，最大平均 输出功率为~1.5 W。
放大器的输出光纤为 SMF-28e 单模光纤，与光纤分束器（实测分束比 为 99.16：0.84）熔接，用以实时监测泵浦源的输出功率。分束器的主纤与空芯光子晶体光纤 通过熔接的方式连接，耦合效率约为 70%（利用真空条件下输出泵浦功率和光纤传输损 耗计算得到）。熔接的方式将大大提高系统的稳定性，并且避免了空间光路耦合方式下激光 打坏光纤端面的情况。空芯光纤的输出端密封于带有玻璃窗口（Thorlabs WG61050，对泵浦 光和激光的透过率均为~95%）的气体腔中，气体腔体的一侧伸出一根导管连接着气压计， 并分成两路分别连接中惠普氢气发生器和真空抽气泵，充气前先利用气泵对系统进行抽真空（长于 10 小时），之后通过缓慢调节阀门充入高压气体，静置一晚待气压平衡后开始实验。
探测功率时，翻转带通滤波片，输出光束直接进入光功率计，即可测量总 输出功率；翻转带通滤波片，输出光束透过滤波片进入光功率计，即可测量残余泵浦功率； 总输出功率和残余泵浦功率相减，即可得到拉曼激光功率。
单程 1.7 μm 光纤气体拉曼激光输出光谱，输出光的时域特性及不同氢气气压 下总输出激光功率、拉曼激光功率、残余泵浦光功率和拉曼转化效率随总的泵浦光功率的变化进行了测量。
极大地影响了拉曼转化 效率，这主要由较短的光纤长度和较大的光纤损耗所导致。根据数值计算，本实验的最佳长 度在 3~4 m，因此改变长度对输出功率影响不大；但是如果选用损耗较低的光纤，可以减少 拉曼光损耗，进而提高拉曼光功率和拉曼转化效率。
利用中惠普氢气发生器的商用空芯光子晶体光纤实现了高效的 1.7 μm 单程激光输 出。泵浦源为自研的 1550 nm 纳秒脉冲光纤放大器，利用一段 3.2 米长的空芯光 纤中高压氢气分子的转动受激拉曼散射得到了 1705 nm 斯托克斯光输出，最大输 出功率为~0.5 W（单脉冲能量~2.5 μJ），对应的最大光光转化效率为~32%（相对 总的泵浦功率）。泵浦源的输出光纤和空芯光子晶体光纤通过熔接的方式连接在 一起，能够有效提高系统的稳定性，为下一步实现系统的全光纤化打下了很好的 基础。本文为实现 1.7 μm 波段光纤激光输出提供了一种简单有效的新方式，如 果选用可调谐 1.5 μm 光纤激光器作为泵浦源，可以方便实现 1.7 μm 波段可调谐 激光输出，具有广泛的应用前景。
