混合光纖泵浦組合器可以推進中紅外線雷射系統

在過去的二十年中，環境監測、醫療診斷和全球定位等應用的快速發展加劇了人們對開發新型中紅外線光源的關注。基於光纖的中紅外線雷射器的工作波長超過 2.5 µm，已成為特別有前途的高亮度光源。然而，將雷射產生擴展到中紅外線波長範圍面臨重大挑戰，這主要是由於玻璃基體的高聲子能量導致二氧化矽光纖的極端吸收。

為了克服這個問題，研究人員不得不轉向軟玻璃纖維，這需要對纖維進行徹底的重新評估由於其高熱膨脹、低熔點和脆性，開發過程中。因此，迄今為止，大多數中紅外線光纖雷射裝置都嚴重依賴散裝元件，增益介質是唯一的光纖部分。

最近的一篇論文發表在光：先進製造由萊布尼茨光子技術研究所的 Maria Chernysheva 博士領導的科學家團隊提出了一種創新解決方案，以應對該領域的關鍵挑戰之一。研究人員開發了一種混合光纖泵浦組合器的新穎概念，它是全光纖雷射系統的關鍵組件。

作者指出，「目前，所有泵浦雷射都配備了石英光纖輸出。將這些泵浦源與中紅外線光纖雷射系統整合的主要挑戰在於石英光纖與軟玻璃纖維（例如氟化物玻璃）的不相容性。這些光纖的熔點幾乎是二氧化矽的一半，熱膨脹係數是二氧化矽的 30 倍，這使得傳統的熔接方法極具挑戰性，因此，製造熔融混合光纖組件幾乎是不可能的。

為了解決這個問題，研究團隊探索了一種替代方法：基於漸逝場的側耦合。透過拋光約 1 公分長度的光纖並將它們並排對齊，他們能夠實現超過 80% 的耦合效率，而無需直接拼接。這種創新方法利用倏逝場將光從二氧化矽泵浦傳輸光纖傳輸到氟化物訊號光纖，從而克服了軟玻璃光纖特性所帶來的限制。

值得注意的是，這種新設計有效地將熱負荷分佈在延伸的拋光光纖區域上，從而實現高功率、長期穩定運行，RMS 穩定性為 0.09%。經證實的額外損耗低於 0.9 dB，與市售產品相當工作於較長訊號波長範圍的基於光纖的波分複用器 (WDM)。此外，該設計具有通用性，不會對合路器中使用的光纖類型（無論是主動還是被動）施加限制，並且可以適應不同的情況材料或聚合物基光纖。

研究人員得出結論：「這項工作為中紅外線全光纖雷射的開發開闢了新的、令人興奮的途徑，與現有的對接耦合技術相比具有顯著的優勢。該設計允許具有先進功能和生成機制的更複雜的雷射配置。

中國科學院長春季光學精密機械與物理研究所光明出版中心提供