基于负曲率空芯光纤的光泵太赫兹光纤激光器的理论研究

发布时间：2021-11-05 17:00

　　针对紧凑型、高效的光泵太赫兹激光器（OPTL）技术,设计了基于负曲率空芯光纤的长腔型光泵太赫兹光纤激光器（OPTFL）结构。该OPTFL以聚甲基戊烯（PMP）材料的空芯光纤为工作气室,填充甲醇气体作为工作物质,采用连续9P（36）支CO₂激光器为泵浦源。从速率方程理论和空芯光纤的传输理论出发,分析了影响OPTFL输出特性的因素,并对负曲率空芯光纤内部微结构进行了探索,通过调整内部结构,能够实现较低损耗的单模太赫兹激光传输。结合设计的负曲率空芯光纤,对长腔型OPTFL的可行性进行了分析,理论计算表明,在最佳工作条件下,通过适当增加谐振腔长度,太赫兹激光输出功率有望达到百毫瓦量级。研究结果为高功率、高性能的OPTFL提供了一种新的方法与理论指导。 

【文章来源】：红外与激光工程. 2020,49(02)北大核心EICSCD

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

光泵气体太赫兹光纤激光器结构示意图

文中提出了用于OPTFL的空芯光纤，计算时采用的空气孔直径D处于400～2 000μm之间，远小于传统大尺寸OPTL谐振腔的直径，因此在理论计算时忽略OPTFL中光横模的强度分布。光泵甲醇气体的三能级工作示意图如图2所示，Γr为转动弛豫速率，Γk和ΓV-TR分别为工作分子碰撞到其他K值能级和相互碰撞后的消激发速率，Γ为振动激发态的工作分子弛豫到振动基态的速率。THz波在负曲率空芯光纤中依靠反谐振原理进行传播，从而减少了工作分子由于热扩散到波导壁转化为内能造成的损耗，因此文中忽略了工作分子与波导壁碰撞的消激发速率Γdiff。光泵气体产生THz激光是由极性分子转动能级间跃迁产生，工作分子对泵浦光的饱和吸收强度的计算包括转动、振动弛豫过程、工作分子间的碰撞消激发过程，以及能级间的碰撞弛豫过程。参与激光过程中的各个能级间的粒子数满足以下速率方程[14]:

饱和吸收光强对能量转换效率的影响主要在于其影响了工作分子对泵浦光的吸收，工作物质对泵浦光的吸收系数η可写为[14]:图3 大尺寸OPTL(a)和OPTFL(b)中的饱和强度随压强的变化

【参考文献】：
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本文编号：3478181