3-5μm中红外级联拉曼被动调Q脉冲光纤激光器的基础研究

中红外光纤脉冲激光在国防、医疗、环境监测等领域有着重要的应用前景。针对传统光纤激光器在3-5μm波段难以产生脉冲激光这一现状，本项目旨在提出一种连续泵浦掺Er ZBLBN光纤并结合ZBLAN拉曼光纤的内腔被动调Q和级联拉曼混合效应产生中红外脉冲激光的新方法，研究解决其关键问题。为此，首先建立中红外ZBLAN光纤拉曼被动调Q理论模型，研究连续光向脉冲激光高效转换的机制；建立中红外ZBLAN光纤级联拉曼耦合理论模型，研究拉曼脉冲激光耦合机理；研究并建立中红外脉冲激光在ZBLAN光纤中传输和模式理论模型；最终实现中红外光纤脉冲激光输出。.本项目提出的获得中红外光纤脉冲激光的方法具有一定的创新性，目前尚未见到其他研究者的相关报道。项目研究涉及的拉曼光纤内腔被动调Q效应和级联拉曼效应相结合的机理是脉冲和拉曼光纤激光器中的共性基础问题，具有良好的移植性，该研究结果将促进中远红外光纤脉冲激光技术的发展。

在本项目的资助下，我们对基于拉曼增益饱和效应的新型中红外被动调Q机制开展了系统全面的研究。在不断深入的理论与实验研究中，我们发现使用拉曼调制的方法较难在中红外波段获得可自启动的稳定脉冲输出。在此基础上，我们对具体实施方案做出了及时有效的局部调整。具体来说，采用具有中红外长波长辐射能力的掺Ho3+ZBLAN光纤作为增益介质，利用各种主被动调制机制并结合一些新材料，最终在实验上成功获得了波长超过3 µm的调Q光纤激光，完成了预期目标。不仅如此，我们还开展了大量相关的理论与实验研究，获得了一系列显著成果。.在理论方面，我们建立了三大关键模型：（1）稀土离子掺杂（Er3+和Ho3+）氟化物光纤中红外激光振荡模型，（2）中红外级联拉曼氟化物光纤激光振荡模型，（3）中红外光纤光栅耦合模型，并开展了相应的理论优化工作，获得了一系列重要的结论，鉴于上述理论结果，已发表SCI论文5篇。在实验方面，相关工作又分为以下三部分：（1）前期探索研究；（2）核心研究；（3）拓展性研究。在前期探索研究中，基于掺Ho3+ZBLAN光纤，我们开展了高功率ASE、连续、可调谐激光的相关工作，发表SCI论文3篇；在核心研究部分，我们围绕调Q技术开展了包括中红外双波长调Q、调Q导引增益调制、可调谐调Q、被动调Q等一系列前沿性工作，并成功制备了氟化物光纤光栅，发表相关论文5篇（其中SCI收录4篇，EI收录1篇）；在拓展性研究中，我们对~3 μm超短脉冲激光、~2 μm长波长连续激光以及高功率调Q激光进行了探索，发表相关论文4篇（其中SCI收录3篇，EI收录1篇）值得注意的是，上述绝大部分工作均具有突破性的意义如：首个中红外双波长调Q脉冲光纤激光器、首个~3 µm锁模光纤激光器等等。申请人因在中红外光纤激光领域所取得的显著成果，不但多次受邀参加国际国内学术会议并做口头报告（国际学术会议3次，国内学术会议3次，国际会议分会场主席1次），同时成功获得了欧盟“玛丽.居里”人才计划项目的资助, 与英国阿斯顿大学光子中心和澳大利亚悉尼大学超宽带设备中心建立了良好的合作关系。此外，申请人还培养出多名该领域优秀硕士研究生，其中6人已毕业。.综上所述，在该项目资助下，我们完成了中红外连续/脉冲光纤激光的初步探索，共发表论文19篇，申请国家发明专利4项，这为后续更进一步的深入研究奠定了良好的基础。