圖1 (a)不同光纖長度、芯徑下最大輸出功率的模擬結(jié)果;(b)芯徑分別為20 cm、90 μm和在90 μm內(nèi)以3:1混氣的輸出表現(xiàn);(c)乙炔-氨氣不同總壓，不同比例下的輸出模擬;(d)純乙炔和3:1混氣以光纖長度為函數(shù)的模擬結(jié)果。

近期，中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所先進(jìn)激光與光電功能材料部特種玻璃與光纖研究中心團(tuán)隊(duì)，創(chuàng)新開展緩沖氣體提升乙炔填充的空芯光纖氣體激光器(A-HCFGL)轉(zhuǎn)換效率的系統(tǒng)研究，采用1.53 μm單頻光纖激光器作為泵浦源，在3.1 μm波長實(shí)現(xiàn)3.9 W單頻激光輸出，斜效率突破35%，相關(guān)成果以“Buffer gas enhancing of power conversion efficiency of continuous-wave acetylene-filled fiber gas laser at 3 μm wavelength”為題，發(fā)表于Optics Express。

3 μm波長乙炔激光下能級到基態(tài)躍遷主要依靠分子自碰撞和與芯壁碰撞的無輻射弛豫。氨氣v1和2v2能級能量水平接近乙炔激光下能級且向基態(tài)允許輻射弛豫。選擇氨氣作為緩沖氣體，利用分子間碰撞與能量轉(zhuǎn)移，可以為乙炔氣體激光提供新的激光下能級弛豫通道，有效改善激光運(yùn)轉(zhuǎn)效能。

在本工作中，研究團(tuán)隊(duì)建立了氣體光纖激光器速率方程模型，討論了氣壓、氣體分壓比、纖芯尺寸、光纖長度等條件下碰撞弛豫對于激光輸出的影響，利用數(shù)值模擬開展基于氨氣緩沖氣體的乙炔氣體光纖激光器的理想設(shè)計(jì)方案。

圖2 (a)實(shí)驗(yàn)裝置;(b)不同氣壓和不同混氣比例的實(shí)驗(yàn)輸出曲線;(c)7 mbar總壓，3:1混氣下3 W的輸出光譜。

基于上述模型，研究團(tuán)隊(duì)搭建了實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，在乙炔-氨氣比為3:1，7 mbar下，實(shí)現(xiàn)了最大3.9 W的連續(xù)激光輸出。相較于本實(shí)驗(yàn)中純乙炔比較高29.5 %的斜效率，緩沖氣的加入將斜效率提升到了35.74 %，這是迄今為止所報(bào)道的比較高效率。本項(xiàng)工作對于進(jìn)一步改進(jìn)氣體光纖激光器性能提供了新的研究思路。

審核編輯 黃宇