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中国激光研究兴起
中红外激光在通信、遥感、安检、光电对抗等领域有着重要的应用价值。，一直是激光领域的研究热点。产生中红外激光的方法有很多种，其中光纤中红外激光器具有结构紧凑、光束质量好、转换效率高的特点，被认为是最有希望实现便携、稳定、高效、高功率中红外激光输出的方法。随着软玻璃光纤制备技术的提高，中红外光纤激光器技术发展迅速，输出功率水平也有了很大提高。然而，由于稀土离子、软玻璃纤维制备技术和软玻璃纤维化学稳定性的限制，基于软玻璃纤维的中红外激光器在进一步功率增强和波长扩展方面存在技术瓶颈，近年来出现的中红外光纤气体激光器提供了有效的解决方案。
基于光纤结构的中红外激光器主要包括基于稀土离子的中红外光纤激光器、基于软玻璃光纤的中红外拉曼激光器、中红外超连续谱光纤光源和基于空芯光纤的新型中红外光纤气体激光器。
据麦姆斯咨询报道，近日，国防科技大学前沿交叉学科学院王泽峰教授课题组在《光学杂志》上发表了一篇主题为《中红外光纤激光技术的研究进展与展望》的综合文章。王泽峰教授主要从事光纤光栅和新型光纤气体激光器的研究。
详细总结了基于光纤结构的中红外激光技术的发展历史和研究进展，包括基于稀土离子掺杂的中红外光纤激光器、基于非线性效应的中红外光纤激光器、基于软玻璃光纤的中红外超连续谱激光器和基于空芯光纤的中红外光纤气体激光器等。最后，展望了中红外光纤激光器的发展趋势。
基于稀土离子掺杂的中红外光纤激光器利用纤芯中掺杂的稀土离子的受激辐射跃迁产生激光。常用的掺杂离子有Er 3+、Dy 3+和Ho 3+，其中Er 3+的发射带为2.6~3.0μm和3.3~3.8μm，Ho 3+。本文主要介绍了基于稀土离子掺杂的连续和脉冲中红外光纤激光器的发展历史和研究现状。
中红外稀土掺杂离子能级跃迁示意图
基于掺铈硫化物的中红外光纤激光器结构图
3μ m飞秒光纤激光器结构图
作为输出中红外激光的重要手段之一，掺稀土离子光纤激光器近年来在输出功率和效率方面取得了重大突破。但不可否认的是，稀土掺杂中红外光纤激光器还有很多技术问题需要解决:中红外光纤的制备技术和实现中红外输出的有限掺杂离子。
基于非线性效应的中红外光纤激光技术:非线性效应是实现近红外到远红外波长转换的有效途径。光纤通常具有较长的工作距离，因此很容易在光纤中实现非线性效应。其中，受激拉曼散射是从近红外波段扩展到中红外波段(尤其是4μm以上)的最有效手段。基于孤子自频移效应的光纤激光器是实现中红外超短脉冲的有效途径。
拉曼效应原理示意图
利用拉曼效应实现波长转换，可以有效填补光纤激光器当前输出波长的空白光，同时可以进一步展宽输出波长。然而，光纤拉曼激光器对光纤长度和光纤材料的要求很高，并且受到光纤制备技术的限制。目前，可用的纤维材料的类型有限。
中红外超连续谱光纤激光技术:中红外超连续谱光源利用介质的非线性效应和色散效应展宽激光光谱，进而实现宽光谱中红外激光输出。目前产生高功率中红外超连续谱的技术方案主要有:1)利用高峰值功率脉冲泵浦源泵浦未掺杂的软玻璃光纤；2)用脉冲激光泵浦掺稀土离子的软玻璃光纤。
全光纤Er ^ 3+zb LAN光纤放大器产生的中红外超连续谱结构示意图
作为目前产生中红外超连续谱的主要方式，基于非掺杂软玻璃光纤的方案已经比较成熟，目前已经实现了20W以上的功率输出。
基于充气空芯光纤的中红外激光技术:目前光纤气体激光器主要基于两种方式:1)拉曼效应；2)气体分子的能级吸收跃迁。虽然中红外光纤气体激光器起步较晚，但随着中红外波段低损耗空芯光纤的发展，光纤气体激光器已经取得了不错的成绩。然而，中红外光纤气体激光器仍有许多问题需要解决:合适的泵浦源难以获得，系统结构需要进一步优化。
中红外光纤激光器作为最有希望产生便携、稳定、高效的高功率中红外激光的手段，近年来在输出功率提高、激光波长扩展和系统便携性方面取得了重要进展。与其他中红外激光产生方法相比，其优势不断凸显。随着民用和军用领域对中红外光纤光源的需求日益增加，更高效率、更高功率、更长波长和更便携是主要发展方向。基于空芯光纤的中红外光纤气体激光器作为中红外激光的新一代方式，与传统的中红外光纤激光技术形成了良好的竞争和互补。相信在未来几年内，中红外光纤光源将会得到快速发展，并在实践中得到更广泛的应用。
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