NP光電公司（亞利桑那州，圖森市）、亞利桑那大學(xué)（亞利桑那州，圖森市）和NASA蘭利研究中心（弗吉尼亞州，漢普頓）的研究人員使用稀土摻雜氟化鋯/氟化鋇/氟化鑭/氟化鋁/氟化鈉（ZrF4-BaF2-LaF3-AlF3-NaF或ZBLAN）光纖，開發(fā)出第一個(gè)波長(zhǎng)1200 nm（可倍頻到600 nm）的單頻ZBLAN光纖激光器。與此同時(shí)，亞利桑那大學(xué)研究小組的小分隊(duì)已經(jīng)展示了波長(zhǎng)2.8 μm、連續(xù)波（CW）鎖模運(yùn)轉(zhuǎn)的中紅外ZBLAN光纖激光器。^{[1, 2]}盡管這兩種激光器所需的光學(xué)元件和泵浦機(jī)制差異較大，但是它們都基于ZBLAN光纖，具有稀土摻雜光纖激光器技術(shù)的寬泛的波長(zhǎng)范圍（如圖）。

稀土摻雜的基于氟化物的ZBLAN光纖可提供從單頻可見光和紅外光到中紅外波段的寬泛波長(zhǎng)范圍。

單頻ZBLAN光纖激光器

利用波長(zhǎng)1 μm的摻鐿光纖激光器泵浦拉曼光纖，制成輸出位于1200 nm窗口的光纖激光器，這是典型的拉曼光纖激光器。但是它們的閾值較高，并且噪聲大、波譜寬。實(shí)現(xiàn)這些設(shè)計(jì)的另一種方法是充分利用ZBLAN光纖的聲子能量少、輻射壽命長(zhǎng)的優(yōu)勢(shì)。特別是摻鈥（Ho3+）ZBLAN光纖在其吸收波長(zhǎng)1150 nm（這是半導(dǎo)體激光器或拉曼光纖激光器容易達(dá)到的波長(zhǎng)）泵浦時(shí)，可實(shí)現(xiàn)1200 nm的輸出波長(zhǎng)。

保偏波分多路復(fù)用（WDM）耦合器能夠移除泵浦光，并且可保持單偏振輸出。這種基于布拉格反射鏡（DBR）的單頻光纖激光器，具有10 mW的輸出（泵浦功率520 mW）和小于100 kHz的線寬。該團(tuán)隊(duì)正在通過優(yōu)化摻雜水平、減少光纖污染物，并改進(jìn)裝配程序降低腔損耗來提高目前3.8％的轉(zhuǎn)換效率。

這是該研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)的首個(gè)單頻1200 nm光纖激光器。這種單頻激光器可用于傳感以及一些生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，并且還可以通過倍頻開發(fā)用作GuideStar激光器的可見光光纖激光器。

鎖模中紅外ZBLAN光纖激光器

超快鎖模光纖激光器廣泛適用于材料加工、成像、光譜學(xué)和非線性頻率轉(zhuǎn)換等領(lǐng)域。目前為止，由于二氧化硅基玻璃的較強(qiáng)稀土過渡限制，鎖模IR光纖激光器通常局限在1.0 μm、1.5 μm和2.0μm區(qū)域。但是由于ZBLAN在紫外至紅外波長(zhǎng)區(qū)擁有較低的聲子能量和高透明度，它甚至可以實(shí)現(xiàn)中紅外區(qū)的激射，從而能夠?qū)崿F(xiàn)紅外對(duì)抗和激光手術(shù)等應(yīng)用。

要制造2.8μm的激光器，用976 nm二極管激光器泵浦摻Er3+的ZBLAN光纖，然后作為可飽和吸收器的鐵/鋅-硒（Fe2+:ZnSe）晶體用于CW鎖模操作。在2.78μm波長(zhǎng)下，穩(wěn)定的CW鎖模輸出51.4mW的平均功率，脈沖寬度19 ps，脈沖能量1 nJ。

“ZBLAN光纖已經(jīng)存在了30多年，稀土摻雜ZBLAN光纖激光器已經(jīng)在紫外到中紅外波長(zhǎng)范圍內(nèi)獲得了展示，”亞利桑那大學(xué)研究助理教授Xiushan Zhu說道，“不過，ZBLAN光纖在新型光纖激光器開發(fā)方面仍然具有很大的潛力。我們?cè)谧罱�的研究中進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，使用稀土摻雜ZBLAN光纖，可以進(jìn)一步擴(kuò)大單頻光纖激光器和鎖模光纖激光器的波長(zhǎng)覆蓋范圍。”

參考文獻(xiàn)

1. X. Zhu et al., Opt. Lett., 37, 20, 4185 (Oct. 15, 2012).
   2. C. Wei et al., Opt. Lett., 37, 18, 3849 (Sept. 15, 2012).