2018/08/15
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一种新型光纤激光变频系统
不同波段激光存在一些特性上的差异，因此适应使用领域也不尽相同。中红外波段激光凭借着众多实用适应特性已经在诸多领域得到了有效利用，包括远程自由空间光通信、环境监测、医疗诊断等领域。除此之外，中红外激光在军事应用领域也占有一席之地，主要集中于成像激光雷达和激光定向红外干扰这两个方向。
然而，常见的固体激光器工作波长均集中于近红外波段，必须发展中红外激光介质或采用非线性频率变换技术才能将激光器的工作波长变换至所需的合适范围。早期基于非线性频率变换技术实现的中红外激光器均采用传统固体激光器作为泵浦源，一般都会有体积大，易受外界环境不稳定因素干扰等缺点，从而导致其稳定性差，难维护且维护成本高等问题。
相较于传统固体激光器而言，光纤激光器具有光束质量好、光谱灵活可控、转化效率高、体积紧凑、热管理方便等诸多优点；利用光纤激光器泵浦实现的中红外光参量振荡器具有参量转换效率高、稳定性高、易于调谐、结构紧凑、集成度高等诸多优点。在实际应用上，与传统空间固体激光器相比，利用光纤激光器作为变频光源，有如下众多优势：
结构灵活：不会因为振动或温度变化而产生变化，重量更轻、结构相对灵活、携带起来更方便，容易适应不同场合的使用需求；
波段灵活：光纤激光器的工作波段比固体激光器的宽广，可更容易实现光谱定制，使能量能够集中于一支或多支谱线上，光谱形态和包络也更为灵活可控；
切换灵活：光纤激光器件集成度高，容易实现频率、偏振、相位等的调节控制，实现不同功能；
连续波工作模式：采用连续波光纤激光器作为泵浦源，可以提高系统的使用寿命，实现功率稳定的中红外激光输。
为了更有效率地实现近红外激光到中红外激光之间的变换，一门被称为频率变换技术的新技术门类被开发出来，这种技术目的是将激光器的工作波长变换至所需的范围。传统的固体激光器波长由于受到自身能级结构的限制，通常来说很难改变的，但是通过新型频率变换技术，特别是其中的光学参量振荡技术，由人工定制的非线性晶体决定其波长，只需要改变一点点细节，就可以实现极大的转化，使激光的波长变换出无数可能，可以变换到之前无法实现的波段上去。
据悉，国内科研机构使用连续波光纤激光泵浦中红外光学参量振荡器作为突破口，先后攻克了光纤激光的混合放大、偏振补偿、高效率中红外频率变换等技术难题，在国内率先开展了光纤变频中红外激光技术研究。
想要实现高功率光纤变频中红外激光，需要克服光纤激光内偏振不稳定、自脉冲、光纤非线性效应、参量逆转换效应、寄生振荡效应等多种不利因素的影响，并突破一系列的科学难题，可谓困难重重。国内在该项技术上的突破，对激光器而言可谓意义深远。
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