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中红外光纤激光器技术发展应用

时间:2020-11-12 来源:新特光电 访问量:1037

中红外波段(波长为2.5~10μm)激光在国防、医疗、通信等方面有着重要的应用。在医疗领域,由于中红外波段位于水分子的吸收峰,在医学领域有广阔应用空间。水分子在2μm和2.8μm附近有强中红外吸收峰,因此利用工作波长在该波段的激光器可以用在医学上的激光微治疗和组织切除手术,当中红外波段的激光作用在皮肤上时,其能量迅速被肌肉组织吸收,导致肌肉组织的迅速气化分离和精密剥脱,具有作用深度浅且伤口愈合快的优势。

在激光加工领域,2.0μm波段激光在塑料材料激光切割、焊接等应用领域有重要地位,塑料材料对从紫外到近红外的激光基本是透明的,传统的1μm波段激光不利用加工塑料材料,而大部分常见聚合物在波长包含2.0μm的中红外波段有强烈的吸收带,因此可以利用2.0μm波段的中红外激光进行聚合物加工(如切割与焊接)等。

另外,中红外波段包含3~5μm及8〜12μm的大气窗口及分子“指纹”区,具有广泛的应用前景“指纹”区对应多数分子的特征吸收谱,因此可以利用中红外激光来进行认证有机化合物、毒气监测、疾病诊断等。图为从可见光到中红外波段的大气透过率曲线,中红外波段处于大气透明窗口,此波段对大雾、烟尘等具有较高的透过能力,在空气中传输时受分子散射小,因此中红外脉冲激光可使用于激光测距、远程遥感、无线通讯等方面应用。

中红外光纤激光器

在军事领域,红外制导预警机和导弹的威胁日趋严重,许多国家的军事机构都在积极研究中红外激光的定向干扰技术。军用侦査卫星、导航卫星和通讯卫星等已经成为战场作战行动的重要支援保障系统,而大部分卫星的电光传感器的响应范围为2.5〜3.3μm波段,而中红外超短脉冲激光可以在瞬间提供很高的峰值功率则足以干扰和损伤这些探测器件。

由于光纤激光器具有效率高、散热效果好、光束质量好、运行稳定、体积紧凑等优点,而在光通信、机械制造、医疗和国防等应用中表现出独特的优势。目前,基于光纤结构实现中红外波段激光输岀的方式主要有稀土掺杂光纤激光器,利用超短脉冲激光泵浦中红外光纤获得超连续谱激光输出和通过拉曼散射方式获得中红外波段激光输出。

中红外光纤激光器在医学、通信、军事等领域都有重要应用,近年来得到了快速发展。中红外光纤激光器目前主要有稀土掺杂光纤激光器,拉曼光纤激光器和中红外超连续谱,本文对几类中红外光纤激光器的产生方法和发展状况进行了概述。但是中红外光纤激光器的发展需要进一步研究解决的问题还很多,主要有以下几个方面。

(1) 中红外光纤激光器输出功率的受限因素主要是泵浦源亮度、光纤热损害和非线性效应,要提高中红外光纤激光器的输出功率还需要进一步解决该问题;

(2) 中红外光纤的进一步发展。改进提纯工艺,降低玻璃和光纤光学损耗。中红外光纤主要包括氟化物光纤和硫化物光纤,但是目前氟化物和硫化物光纤相比传统的二氧化硅光纤在原料高质量提纯、大尺寸制备、光纤拉制等方面的差距还较大,这是制约中红外发光稀土掺杂硫系玻璃光纤走向实用化的最大障碍;

(3) 提高稀土离子浓度。鉴于高纯硫系、氟系玻璃及其光纤的制备仍是一项困难的工作, 因此作为中红外光纤激光器材料使用时,希望尽可能地增加稀土离子浓度,以提高光纤单位长度增益,提高输出功率。

新特光电提供的首款商用3um超快光纤激光器。这种紧凑、免维护、电子可调的激光系统为科学应用提供了独特的光学性能,是科研和工业应用的理想选择。

中红外波段激光器的广阔应用前景,在近年来引起研究者的广泛关注。目前与整个激光器市场相比,中红外激光器市场相对较小,但其增长速度比整个激光器市场快近四倍,这使得中红外激光器市场成为最有活力的市场之一。随着研究和技术的不断发展,中红外激光器将会进一步朝着更宽波长范围和更高能量的方向发展,也将不断拓展出更为广阔的应用空间。

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