【资讯】北工大李平雪、姚传飞教授团队：大模场氟碲酸盐光纤级联硫系光纤产生高功率中长波红外超连续谱

2026-09-16 18:01:42

       中长波红外超连续谱激光兼具激光的高亮度、高方向性和宽带光源的连续光谱特性，可覆盖丰富的分子振动吸收峰及多个重要大气窗口，在痕量气体检测、遥感成像、红外对抗、生物医学诊断和先进制造等领域具有广阔的应用前景。宽光谱输出可实现多组分同步探测，高功率输出有助于提升探测距离、信噪比及系统稳定性。然而，要将超连续谱长波边缘进一步拓展至5.5 μm以上，通常需要采用氟化物光纤与硫系光纤级联的技术路线。受限于氟化物光纤较低的热稳定性和损伤阈值，在高功率条件下易发生潮解、热积累及端面损伤；而硫系光纤虽然具有更宽的红外透射窗口和更高的非线性，但同样受到损伤阈值和耦合效率的制约。因此，如何在保证长期稳定运行的同时兼顾高功率输出与宽光谱覆盖，仍是中长波红外超连续谱激光实现工程化应用亟待突破的关键问题。

       针对上述难题，李平雪教授团队设计搭建了一个大模场面积（large-mode-area，LMA）中长波红外光纤级联系统，在氟碲酸盐（TBY）光纤和硫系光纤中稳定输出高功率中长波超连续谱激光。

       成果发表在High Power Laser Science and Engineering 2026年第3期的文章(Xuelian Yang, Yamin Liu, Linjing Yang, Chuanfei Yao, Xuan Wang, Guochuan Ren, Xunsi Wang, Kai Jiao, Pingxue Li, "Generation of a high-power mid- and long-wave supercontinuum laser in a large-mode-area fluorotellurite-chalcogenide fiber cascade system," High Power Laser Sci. Eng. 14, 03000e44 (2026))。

图1 级联大模场中长波红外光纤系统示意图

       图1为实验装置示意图，包括1960 nm飞秒泵浦源、透镜耦合系统、级联超连续谱产生系统和相关测试设备。其中1960 nm飞秒泵浦源是尾部采用光栅对进行压缩的2 m啁啾脉冲放大系统。透镜耦合系统，用于将光栅对压缩后的高功率百飞秒光脉冲，耦合至后续的石英光纤及中红外光纤中，进行脉冲宽度的进一步压缩及光谱的极大拓展。级联超连续谱产生系统包括0.32 m大芯径石英光纤（NA为0.075）、0.4 m大芯径氟碲酸盐光纤（NA为0.3）、0.6 m大芯径硫系光纤（NA为0.3）三种，芯径分别为32 µm、34 µm和30 µm，三者较大的芯径有利于提高光纤的损伤阈值，获得更高输出功率的宽光谱激光输出。其中，石英光纤与TBY光纤之间采用了直接熔接的方式，硫化砷光纤与TBY光纤采用高精度三维调整架进行对接固定。TBY光纤作为中红外波段的过渡光纤，用于将光谱展宽至4 µm以后。

图2 As?S?后的（a）输出光谱、（b）输出功率、（c）功率稳定性、（d）文献参数结果对比图

       在本工作中，为了进一步提升硫系光纤输出超连续谱激光的功率，使用了芯径为30 µm左右的大芯径硫系光纤。如图2（a）所示，随着输出功率的增加，在0.6 m的As?S?光纤中可以观察到显著的光谱展宽。输入功率仅3.5 W时，长波边缘的光谱也能延伸至4.5 µm以上，显示了硫系光纤优异的光谱展宽性能。随着输出功率的进一步增加，光谱逐渐向长波区域展宽，在最高输入功率8.12 W时，光谱边缘部分已经到达5.6 µm，超连续光谱的10 dB带宽范围覆盖2000 nm至4700 nm。如图2（b）所示，整个光谱展宽过程中，硫系光纤的耦合效率由最初的42.3%降至32%。在最高泵浦功率下，输出功率可达2.6 W，为目前As?S?光纤输出的最高功率，如图2（d）所示。随后，测试了硫系光纤输出超连续谱在2小时内的功率稳定性，如图2（c）所示，其RMS值约为0.7%，在长达2小时以上的监测中，功率波动非常小，验证了该光纤在超连续谱产生系统中的优异性能。

       本研究的核心创新点为：使用自研低损耗、高损伤阈值、大模场TBY光纤替代传统氟化物光纤作为级联泵浦系统的中红外过渡光纤，使其先在较高功率下完成＞4 μm的快速光谱展宽；随后进一步泵浦As?S?光纤，其大模场特性则进一步提高了该光纤所能承受的中长波激光功率，光谱进一步稳定拓展至＞5.5 μm。

       本工作提出了一种基于大模场氟碲酸盐光纤与硫系光纤级联的中长波红外超连续谱产生方案，以高峰值功率飞秒拉曼孤子为泵浦，实现了1–5.7 μm超宽光谱输出，并在As?S?光纤中获得了目前已报道最高输出功率的中长波超连续谱激光。自主研制的低损耗大模场氟碲酸盐光纤有效提升了级联结构的耐功率能力，并结合大模场硫系光纤，实现了长波光谱拓展、高功率输出和长期稳定运行。实验结果与数值模拟相互验证，揭示了拉曼孤子自频移、高阶孤子裂变及自相位调制等非线性效应的协同演化机制。

       未来将进一步优化软玻璃光纤耦合效率及大模场硫系光纤设计，提升输出功率和转换效率，并推动中长波超连续谱激光向全光纤化、高稳定性及工程化方向发展，为红外探测、光电对抗、遥感成像、生物医学和先进制造等领域提供高性能中红外光源。

参考文献： 中国光学期刊网

您好，可以免费咨询技术客服[Moli]

官网 筱晓(上海)光子技术有限公司

欢迎大家给我们留言，私信我们会详细解答，分享产品链接给您。

免责声明：

资讯内容来源于互联网，不代表本网站及新媒体平台赞同其观点和对其真实性负责。如对文、图等版权问题存在异议的，请联系我们将协调给予删除处理。行业资讯仅供参考，不存在竞争的经济利益。