近期，中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所空間激光信息技術(shù)研究中心馮衍研究員領(lǐng)銜的課題組，在高功率拉曼光纖激光器研究中取得新進(jìn)展。提出了一種鐿-拉曼集成的光纖放大器結(jié)構(gòu)，有效地解決了拉曼光纖激光器功率提升的主要技術(shù)瓶頸問題，在1120nm波長，首次獲得580W的單橫模線偏振拉曼光纖激光和1.3kW的近單模拉曼光纖激光輸出。近年來，高功率光纖激光器發(fā)展迅速。1μm波段的摻鐿光纖激光器，近衍射極限輸出功率可達(dá)20kW，多橫模輸出功率可達(dá)100kW。

盡管如此，稀土摻雜光纖激光器的輸出波長，因稀土離子能級躍遷的限制，僅能覆蓋有限的光譜范圍，限制了其應(yīng)用領(lǐng)域。基于光纖中受激拉曼散射效應(yīng)的拉曼光纖激光器是拓展光纖激光器波長范圍的有效手段。該項(xiàng)研究中，在一般的高功率摻鐿光纖放大器中注入兩個(gè)或多個(gè)波長的種子激光，波長間隔對應(yīng)光纖的拉曼頻移量。處于鐿離子增益帶寬中心的種子激光率先獲得放大后，在后續(xù)光纖中作為泵浦激光對拉曼斯托克斯激光進(jìn)行逐級放大。

初步的演示實(shí)驗(yàn)獲得了300 W的1120nm拉曼光纖激光輸出；接著采用較大包層（400μm）的光纖，獲得了580W的單橫模線偏振拉曼光纖激光和1.3kW的近單模拉曼光纖激光輸出。結(jié)果發(fā)表于《光學(xué)快報(bào)》(Optics Letters)和《光學(xué)快訊》(Optics Express) [Opt. Lett. 39, 1933-1936 (2014); Opt. Express 22, 18483 (2014)]。鑒于目前高功率摻鐿光纖激光器均采用主振放大結(jié)構(gòu)，新提出的光纖放大器結(jié)構(gòu)可用于進(jìn)一步提升拉曼光纖激光的輸出功率。初步的數(shù)值計(jì)算也表明，該技術(shù)方法有望在1～2μm范圍內(nèi)任意波長獲得千瓦級激光輸出。該項(xiàng)研究得到了中國科學(xué)院百人計(jì)劃、國家“863”計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的支持。

千瓦級摻鐿-拉曼集成的光纖放大器結(jié)構(gòu)示意圖

輸出功率隨976 nm二極管泵浦功率的變化曲線，其中的插圖為最高輸出時(shí)的光譜