Lazè mitan-enfrawouj 2um-5um a gen pwòp aplikasyon inik li yo: gwoup sa a kouvri plizyè fenèt atmosferik, sa ki fè li itil pou LIDAR, kominikasyon atmosferik, ranje lazè, kalibrasyon espektwomèt astwonomik ultra-wo rezolisyon, ak deteksyon optoelektwonik, elatriye [1]; bann mitan-enfrawouj la gen liy espèk karakteristik yo ke yo rekonèt kòm "anprent molekilè", ki ka itilize pou gwo vitès, Segondè rezolisyon, segondè sansiblite espèk, gwo rapò siyal-a-bri nan mezi espektroskopi mitan-enfrawouj la [2] ; molekil dlo nan vwazinaj 3um gen yon pik absòpsyon fò pou li ka itilize nan anpil operasyon medikal; sitiye nan molekilè lyezon kovalan nan bann absòpsyon espèk, ki ka itilize pou deteksyon kontni molekilè ak kalite molekilè idantifikasyon, reyalize D 'molekilè a ak sou sa.
Sous lazè mitan-enfrawouj ki disponib nan komèsyal yo enkli lazè osilan parametrik OPO, sous limyè espektral supercontinuum, lazè kaskad pwopòsyon, ak lazè fib.
Lazè fib mitan-enfrawouj la, dapre realizasyon fib mitan-enfrawouj la ka divize an aspè aktif ak pasif, sitou ki gen ladan lazè mitan-enfrawouj ki baze sou dope latè ra, tankou Er3 plis , Dy3 plis dope ZBLAN fib lazè. ; mitan-enfrawouj lazè ki baze sou efè ki pa lineyè, tankou lazè Raman, spectre super-kontinuum lazè a; ki baze sou fib optik kre-nwayo a ak estrikti espesyal waveguide, ak diferan gaz yo reyalize diferan longèdonn. Diferan longèdonn nan lazè mitan-enfrawouj la. Nan dènye ane yo, ak devlopman kontinyèl ak matirite nan teknoloji lazè fib, rechèch la alantou teknoloji lazè mitan-enfrawouj la cho, eksperyans ki gen rapò ak rapò pwodwi yo intèrminabl, ak isit la nou sèlman diskite sou yon sèl-longè ond mitan-enfrawouj lazè fib ki baze sou. sou pran fib aktif.
Er: ZBLAN fibre optique
Er kòm yon eleman latè ra gen yon estrikti nivo enèji rich, patikil yo eksite nan pi wo nivo enèji pa absòpsyon eta tè nan longèdonn ponp nan 655 nm, 790 nm, ak 980 nm, ak 1.55 um emisyon ka pwodwi pa transfè radyativ soti nan 4I13/2 nivo enèji nan nivo enèji 4I15/2, ak 2.8 um emisyon pa transfere soti nan nivo enèji 4I11/2 nan nivo enèji 4I13/2. Patikil so a soti nan nivo enèji 4F9/2 nan nivo enèji 4I9/2 ka pwodwi emisyon 3.5um. Kounye a, li se yon metòd relativman endikap pou jwenn 2.8um lasing soti nan gwo konsantrasyon doped Er: ZBLAN fib [4]
Fib fliyò yo itilize pou pwodiksyon limyè 2-3um, fib sulfid yo itilize pou pwodiksyon limyè 3-6.5um, ak longèdonn ki pi long pase 6.5um ka pwodiksyon ak fib halogen. Fib fliyò se sitou fliyò aliminyòm (AlF3), ZBLAN (53 pousan ZrF4-20 pousan BaF2-4 pousan LaF3-3 pousan AlF3-20 pousan NaF) oswa fliyò endyòm (InF3) , elatriye kòm materyèl la matris nan fliyò milti-konpozan fib vè. Youn nan ZBLAN a se kounye a pi souvan itilize fib optik, dopaj latè ra ka reyalize, pou pwosesis fusion fizyon li yo ak fib optik ki baze sou Silisyòm se relativman matirite, machin komèsyal fib optik fusion splicing ka itilize, InF ak AlF fib ka itilize kòm yon aparèy fib optik (tankou konbineur gwo bout bwa) ak pwodiksyon an nan bouchon fen fib optik. Men, fasil imidite se dezavantaj prensipal la nan fib fliyò.
2.8um mitan-enfrawouj kontinyèl fib lazè
An 1988, Brierley te rapòte premye 2.7um Er3 plis dope fib lazè[5] .
An 1999, pouvwa pwodiksyon Er:ZBLAN fib lazè reyalize yon zouti nan echèl Watt la, ak Jackson et al [6] reyalize yon pwodiksyon lazè nan 1.7 W lè l sèvi avèk Er3 plis / Pr3 plis ko-dope ZBLAN fib.
Nan 21yèm syèk la, ak devlopman nan teknoloji preparasyon fib ak teknoloji fib lazè, pouvwa a nan lazè 3um-band te ogmante plis. Pami yo, Kyoto University nan Japon, University of Adelaide nan Ostrali, Laval University nan Kanada, ak Shenzhen University nan Lachin nan laboratwa a, te rapòte trè ekselan pwogrè eksperimantal.
An 2015, Fortin et al [7] ki soti nan Inivèsite Laval, Kanada, te rapòte yon Er3 plis dope lazè fib fliyò ak yon pouvwa pwodiksyon de 30.5 W ak yon longèdonn pwodiksyon de 2938 nm. Sistèm nan te itilize yon griyaj Bragg fib ki baze sou grave andedan-nwayo, sa vle di, griyaj refleksyon segondè ak ba yo te grave nan fib ZBLAN ak Er:ZBLAN, respektivman, yo fòme yon kavite sonan 10 m long, ak fen ke fib la te konekte. ak yon endcap AlF3 pou redwi deliquescence a ak pou amelyore estabilite lazè a, ak yon total de efikasite lazè de 16 pousan nan 980 nm ponpe.
Nan 2018, Aydin et al [8], Inivèsite Laval, Kanada, te konplete griyaj grave nan yon seksyon antye nan fib Er:ZBLAN, ak reyalize yon pwodiksyon lazè nan 41.6 W nan 2.8 um lè l sèvi avèk yon lazè fib kontinyèl nan yon mòd doub-ponpe. . Sa a se pi gwo pouvwa pwodiksyon li te ye nan yon Er:ZBLAN mitan-enfrawouj lazè fib.
Nan 2021, Chunyu Guo et al[10] nan Shenzhen University rapòte premye pwodiksyon lazè mitan-enfrawouj 2.8um ak yon estrikti tout-fib nan yon pouvwa 20W nan peyi Lachin. Er3 plis: ZrF4 fib dope yo itilize a gen yon dyamèt 15um, yon ouvèti nimerik NA apeprè 0.12, yon longè total 6.5m, yon koyefisyan absòpsyon 2-3dB/m@976nm, ak yon griyaj segondè-reflektif. (99 pousan HR-FBG) ak yon griyaj ki ba-reflektif (10 pousan OC-FBG) dirèkteman enskri sou yon fib genyen, ak yon longèdonn sant 2825 nm, ki fòme yon kavite sonorite ak fib Er a. Jan yo montre nan Fig. ▼ Pwosesis lyezon fizyon fib ki baze sou Silisyòm ak ZBLAN, osi byen ke pwosesis lyezon fizyon nan bouchon fen yo ak fib pasif, ekip repòtè a te devlope poukont yo, ki te fabrike filtè optik CLADDING ak la. AlF3 bouchon fen fib. Efikasite konvèsyon optik-a-optik la se 14.5 pousan lè pouvwa ponp lan se 140W, 输出功率20.3W@2.8um.
In 2023, the output power of a single-ended pumped mid-infrared fiber laser was increased to 33.8 W using a coated reflector and a homemade high-performance mid-infrared fiber endcap to provide resonant cavity feedback, combined with an efficient coupling technique for high-power pumped light, and the highest laser efficiency was obtained at a power level of >30 W. [21]
Apre ane nan efò, fib lazè travayè yo, anpil optimisé pwosesis la nan mitan-enfrawouj fib, itilizasyon aktyèl la nan ekipman komèsyal espesyal fib pwosesis, ou ka jwenn pi ba pèt fizyon, yo itilize nan mitan-enfrawouj mòd jaden matcher, combiner / splitter , bouchon nan fen pwodiksyon, ak yon varyete de lòt aparèy, konsa tankou lanse estrikti nan nivo pwodwi tout-fib nan sous la limyè mitan-enfrawouj.
Mid-enfrawouj Q-pulsed fib lazè
Nan 2020, Sojka et al [11] te itilize yon lazè 30 W 975 nm ponpe 15 um dyamèt nwayo, 7 pousan konsantrasyon molè Er:ZBLAN doub cladding fib pou reyalize pwodiksyon acousto-optik Q-modile nan yon fib. lazè nan yon longèdonn 2.8 um nan yon frekans repetisyon 10 kHz, ak yon pwodiksyon lazè ak yon enèji batman kè 46 uJ nan yon 1. 1 m long Er:ZBLAN fib ak yon batman kè nan pik pouvwa nan 0. 821 kW ak yon lajè batman kè 56 ns. 2021, yo te itilize yon fib multimode Er:ZBLAN ak yon dyamèt nwayo 35um ak yon lajè batman kè 26 ns ak yon pik pouvwa a 12.7 kW ak yon enèji batman kè 330 uJ [12].
Nan 2021, Shen et al. reyalize premye pwodiksyon lazè enpulsyonèl nan 2.8um lè l sèvi avèk elektwo-optik Q modulation. Yon fib ZBLAN ak yon dyamèt nwayo 33um dope ak Er konsantrasyon 6 pousan te itilize kòm mwayen benefis ak NA 0.12, epi yo te chwazi modulator elektwo-optik la kòm yon kristal RTP ak yon lajè batman kè 13.1ns enèji batman kè 205.7. uJ ak yon pik pouvwa 15.7kW, ki se pi gwo pouvwa Er: ZBLAN modulation Q fibre lazè konnen yo te rapòte.
Mid-enfrawouj mòd-fèmen ultrarapid lazè fib
Gen fib Tm-dope nan fib Silisyòm ki baze sou pou pwodiksyon an nan lazè 2um, ak teknoloji a te relativman matirite, ak pi wo espesifikasyon yo te reyalize youn pa youn kòm fib ak teknoloji aparèy matirite.
Nan 2018, Jena University rapòte 1000 W mwayèn pouvwa, 256 fs nan 2um ultrarapid lazè ki itilize yon fib kristal fotonik Tm-dope ak yon gwo zòn mòd-jaden, 50/250-Tm-PM-PCF. sa a se mezi ki pi wo pou eksperyans menm jan an byen lwen tèlman.
Pou gwoup la longèdonn pi wo a 2um, pi fò nan travay aktyèl rechèch lazè fib adopte teknoloji pasif mòd-bloke, sitou nan fòm absòpsyon saturab kòm byen ke efè ki pa lineyè. Ansyen an sèvi ak materyèl ak pwopriyete absòpsyon optik saturab kòm aparèy mòd-bloke, tankou SESAM, kristal metal-dope tankou Fe: ZnSe, elatriye, pandan y ap lèt la itilize efè optik ki pa lineyè ak lòt mwayen pou jenere absòbe saturab ekivalan, tankou wotasyon polarizasyon ki pa lineyè (NPR), nonlinear optik bouk glas (NOLM), elatriye.
Nan 2020, Guo et al [14] te rapòte ke fim mens WSe2 yo te grandi kòm SA lè l sèvi avèk CVD epi yo te transfere nan miwa plake an lò yo fòme WSe2-SAM, ki baze sou ki yon batman mòd-bloke ak yon lajè batman kè nan. 21 ps, yon re-frekans nan 42. 43 MHz, ak yon mwayèn pouvwa 360 mW te reyalize lè l sèvi avèk yon lazè 980 nm ponpe ak yon konsantrasyon 6 pousan molè nan Er: ZBLAN fib.
Nan 2022, Qin et al [15] soti nan Shanghai Jiaotong University prepare InAs / GaSb superlattice SESAM lè l sèvi avèk teknik kwasans epitaxial gwo bout bwa molekilè, sa ki ka ajiste ranje repons nan absòbe saturab, dansite enèji saturation, ak tan rekiperasyon ak lòt paramèt, ak fleksib. reyalize yon pwodiksyon mòd ki estab ki soti nan yon lazè fib 3.5um Er:ZBLAN ak yon lajè batman kè 14.8 ps, yon pouvwa mwayèn nan 149 mW, ak yon frekans repetisyon nan 36.56 MHz.
Nan 2019, Qin et al [16] soti nan Shanghai Jiaotong University plis vin pi kout lajè batman kè mòd-fèmen a 215 fs lè l sèvi avèk baton Ge pou jesyon dispèsyon, ak yon enèji batman kè nan 9.3 nJ ak yon pik pouvwa a 43.3 kW.
Nan 2020, Gu et al. [17] soti nan Shanghai Jiaotong University rapòte yon batman kè soliton ak 131 fs mòd-fèmen pwodiksyon, 22.68 kW pik pouvwa, ak 3 nJ batman enèji ki baze sou teknik NPR pou yon lazè fib Er∶ZBLAN 2.8 μm.
Nan menm ane a, Huang et al [18] reyalize yon pwodiksyon mòd-bloke ak yon lajè batman kè 126 fs ak yon enèji batman kè nan 10 nJ pa ponpe yon 3.3 m long Er: ZBLAN fib nan 980 nm lè l sèvi avèk teknik NPR la, ak la Er: ZBLAN anplifikatè ak fib nonlinear ZBLAN plis konprese lajè batman kè a nan 15.9 fs, ak yon pik pouvwa batman kè final la nan 500 kW.
Nan 2022, Yu et al [19] te prepare yon sous limyè enpulsyonèl pitit pitit ak yon lajè batman kè 283 fs lè l sèvi avèk yon fib Er:ZBLAN 2.4 m long dope ak 7 pousan konsantrasyon molè, ak plis konprese lajè batman kè a nan 59 fs lè l sèvi avèk anplifikasyon ki pa lineyè. , jwenn yon pouvwa enpulsyonèl mwayèn ki rive jiska 4.13 W, ki se pi gwo pouvwa pwodiksyon mwayèn nan yon lazè fib mòd-bloke mòd sub-san-femtosecond jiska dat.
Conklizyon
Mid-enfrawouj fib lazè, ak fib lazè kontra enfòmèl ant, mwens antretyen, estabilite segondè, bon jan kalite gwo bout bwa ak anpil lòt avantaj, fliyò, sulfid, halogen, fib kre ak lòt fib mitan-enfrawouj, ki soti nan pouvwa a, espèk, aplikasyon pou aparèy fib optik , ak lòt aspè nan devlopman nan mitan-enfrawouj lazè te anpil ankouraje devlopman nan mitan-enfrawouj lazè a, ak materyèl yo mitan-enfrawouj ak teknoloji fib optik ap kontinye gen matirite, pral gen plis-wo kalite mitan-enfrawouj lazè fib. pwodwi yo soti nan defans nasyonal, rechèch syantifik, manifakti endistriyèl, swen medikal, ak lòt jaden yo jwe yon pi gwo ak pi gwo wòl.
