基于全固态结构氟碲酸盐玻璃光纤的中红外超连续光源研究

发布时间：2020-08-08 06:37

【摘要】：2-5μm中红外超连续(Supercontinuum,SC)光源在频率计量、分子光谱学、生物医学、国防和安全等领域有着广泛的应用。全光纤SC光源具有结构紧凑、抗干扰能力强、输出光束质量好等优点而受到研究者的广泛关注。在前期工作中,我们研制出了一种新型中红外氟碲酸盐(TeO_2-BaF_2-Y_2O_3,TBY)玻璃光纤。与之前报道的碲酸盐玻璃光纤、氟化物玻璃光纤和硫系玻璃光纤相比,其具有较高的化学稳定性及抗激光损伤能力。初步实验结果表明,该光纤是一种潜在的可用于研制宽带、高功率中红外SC光源的非线性介质。在攻读博士期间,作者围绕基于全固态结构氟碲酸盐玻璃光纤的宽带宽、高功率中红外SC光源展开研究,并取得以下研究结果:(1)首次在拉锥的全固态结构氟碲酸盐玻璃光纤中实现了光谱范围覆盖600-5400 nm的宽带SC光源。实验中,使用棒管法制备了芯径为6μm的全固态氟碲酸盐玻璃光纤,并进一步结合光纤拉锥技术制备出色散渐变的拉锥氟碲酸盐玻璃光纤。利用上述拉锥光纤作为非线性介质,利用工作波长为2010 nm的飞秒光纤激光器作为泵浦源,实现了光谱范围覆盖600-5400 nm的SC光源,这是目前利用氟碲酸盐玻璃光纤获得的输出光谱最宽的SC光源。当泵浦功率为1.57 W时,获得的SC光源输出功率约为0.85 W,相应的光-光转换效率约为54.1%。(2)利用全固态氟碲酸盐玻璃光纤作为非线性介质,搭建出平均输出功率为22.7 W、光谱范围覆盖1000-3950 nm的SC光源。实验中,利用芯径为11μm、长度为60 cm的全固态结构氟碲酸盐玻璃光纤作为非线性介质,利用实验室自己搭建的~2μm高功率超短脉冲光纤激光器作为泵浦源,当入射泵浦功率为39.7 W时,获得了平均输出功率为22.7 W、光谱范围覆盖1000-3950 nm的中红外SC光源,相应的光-光转换效率约为57.2%。此外,在上述超连续续光源运转的过程中,未观察到氟碲酸盐光纤有任何损伤。(3)利用色散调控的全固态氟碲酸盐玻璃光纤作为非线性介质,获得了调谐带宽覆盖1.96-2.82μm的中红外拉曼孤子激光。实验中,利用芯径为2.7μm、50 cm长的全固态氟碲酸盐玻璃光纤作为非线性介质,利用工作波长为1960 nm的飞秒光纤激光器作为泵浦源,在孤子自频移的作用下,获得了调谐带宽覆盖1.96-2.82μm的中红外拉曼孤子激光。其中,波长为2.82μm拉曼孤子激光的脉冲宽度约为93 fs,其光-光转换效率约为18%。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ174.1;TN253
【图文】：

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图 1.1 各种气体在中红外波段的吸收谱线。疗方面，细胞组织在 2-5 μm 波段具有强烈的吸收，，生物成像等方面的应用。2009 年，美国密西根大2.6-3.8 μm 波段的中红外超连续光源测试了蛋黄和内行了生物组织的区分损伤实验[34]。随着中红外超 μm 波段的中红外超连续光谱在医疗领域一定会担任

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图 1.2 锗基玻璃光纤中输出的超连续光谱。年，国防科技大学的 Yin 等人使用锗基玻璃光纤实现了高外超连续光源。将一段 12 cm 长的锗基玻璃光纤和掺铥进行熔接处理。将放大器中输出 1.9-2.7 μm 的超连续光中，可以将超连续光谱的长波带宽扩展至中红外波段，围为 1.9-3.6 μm，输出功率为 6.12 W 的中红外超连续光 dB 带宽为 1944-3450 nm，波长大于 3000 nm 的超连续光 2.9 W，相应的功率占比约为 47.4%，不同泵浦功率下，1.3所示[63]。

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第 1章引言在锗基玻璃光纤中实现的最高输出功率的超连续光源，但是由于锗基玻璃光纤在波长大于 3 μm 波段的传输损耗急剧上升，如图 1.4 （a）中黑色实线所示。导致超连续光谱的盖覆盖范围为 2-3 μm，不同功率下输出的超连续光谱的演化如图 1.4 （b）所示[64]。

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