全光纤结构2-10 μm超连续谱激光器研究

2-10 μm supercontinuum laser source has important applications in biomedicine, laser spectroscopy, optoelectronic countermeasure and other fields. At present, the widely used supercontinuum laser is generated from chalcogenide glass fibers pumped by solid-state laser, limited by high cost and poor stability. Based on our previous studies of all-fiber structured 2-5 μm supercontinuum laser, this project will adopt the scheme of cascaded fibers pumping to break the cost constraints and improve the stability. At first, a new numerical model including the multi-mode coupling effects will be derived to simulate the supercontinuum generation in chalcogenide fibers. Design and optimization criterion of special chalcogenide glass fiber structures will be built to maximum the supercontinuum laser performance. Then, many breakthrough technology like the soft-glass fiber post-processing method and large bandwidth mid-infrared supercontinuum generation are to be solved. Eventually, such as a broadband supercontinuum laser with a spectrum spanning from 2-10 μm will be built. The research results in this project will promote many applications of supercontinuum laser efficiently.

2-10微米超连续相干光源在生物医学、激光光谱学、光电对抗等领域有重要应用。目前广泛采用固体激光器泵浦硫系玻璃光纤的中红外超连续谱激光产生方案，因其成本高昂和稳定性差，应用前景受限。基于我们在全光纤结构2-5微米超连续谱光源的研究，本项目拟采用级联光纤泵浦方案，打破中红外超连续谱激光的成本和稳定性制约，构建多模场耦合的超连续谱产生理论模型，掌握特殊结构硫系玻璃光纤设计与优化准则，突破软玻璃光纤后处理、超大带宽中红外超连续谱激光产生等关键技术，研究光谱可拓展至10微米以上中红外超连续谱激光的生成方案，研制一台全光纤结构2-10微米超连续谱激光器，推动波段内超连续谱激光的应用开发。

2-10微米超连续相干光源在生物医学、激光光谱学、光电对抗等领域有重要应用。目前广泛采用固体激光器泵浦硫系玻璃光纤的中红外超连续谱激光产生方案，因其成本高昂和稳定性差，应用前景受限。项目采用级联光纤泵浦方案，打破中红外超连续谱激光的成本和稳定性制约，构建了级联耦合的超连续谱产生理论模型，掌握了特殊结构硫系玻璃光纤设计与优化准则，并突破软玻璃光纤后处理、超大带宽中红外超连续谱激光产生等关键技术，实验研制了光谱可拓展至10微米以上中红外超连续谱激光器。主要完成工作及结果有：A）脉冲激光中心频率级联红移技术方案设计，厘清了光纤色散与光纤内光孤子拉曼自频移效应关系的关系，为硫系玻璃光纤色散调控提供了理论基础，主要包括光子晶体光纤和阶跃折射率结构硫系玻璃光纤的结构设计，光纤色散、非线性系数、宽谱段耦合损耗谱等方面的研究；B）硫系玻璃光纤中长波方向超连续谱产生仿真研究，通过采用 3-5 μm 高峰值功率飞秒脉冲泵浦产生中红外超连续谱，研究了泵浦脉冲峰值功率、中心波长、光纤色散等对输出超连续谱光谱形状的影响；C）硫系玻璃光纤中长波超连续谱产生实验研究，提出级联光纤泵浦方案，实现了波长 1550 nm 处孤子群脉冲至长波长 10 μm 的超连续谱产生过程。通过项目研究，掌握了硫系玻璃光纤色散调控、宽谱段激光低损耗耦合、全光纤中红外超连续谱产生等技术，为实现全光纤结构高亮度中红外、远红外超连续谱激光输出提供了创新思想和关键技术支持。