摘要
中红外光纤激光作为激光技术发展的重要分支，在微创手术、光谱探测、聚合物加工等领域具有极强的应用价值。稀土离子掺杂的氟化物光纤激光器作为其中最简单和可靠的实现手段，近十年发展迅猛，在功率/能量提升、波长拓展/调谐、系统集成化等方面取得了较大突破。本文针对该类激光器在偏振控制、波长调谐以及系统综合性能等方面存在的问题，以波长拓展为主线，围绕掺Er3+、掺Dy3+以及Er3+/Dy3+共掺氟化物光纤开展研究，主要内容包含以下三个部分： 1.基于保偏掺Er3+氟化物光纤的2.7~2.83μm激光器研究 提出采用新型保偏掺Er3+氟化物光纤作为增益介质，解决了现有中红外光纤激光器普遍存在输出偏振态随机、对外界机械振动敏感等问题。首先，利用该光纤构建了保偏放大器，获得了输出功率2.32W，偏振消光比23.6dB，20dB带宽95nm（2710~2805nm）的线偏振超荧光；然后，构建了振荡腔，在2795nm波长获得了功率2.37W的线偏振连续激光；最后，采用反射型InAs可饱和吸收镜调Q和锁模以及脉冲泵浦增益调制，在2702~2827nm范围内获得了可调谐的ns~ps尺度线偏振脉冲，在强度噪声抑制、抗环境振动等方面表现出了显著优势。 2.基于掺Dy3+氟化物光纤的2.7~3.4μm激光器研究 通过精确控制光纤长度平衡三能级系统中辐射带红蓝边界处增益，展示了掺Dy3+氟化物光纤在3μm波段的激光调谐范围极限拓展水平。利用自制1.69μm随机光纤激光器作为泵浦，结合数值优化，设计搭建了宽带可调谐的掺Dy3+氟化物光纤激光器，实现了2710~3415nm（705nm）激光最宽连续调谐范围，理论预测了~860nm的极限调谐带宽；随后，利用透射型InAs可饱和吸收体在2765~3338nm范围获得了波长可调谐的调Q脉冲。 3.基于Er3+/Dy3+共掺氟化物光纤的3~3.7μm激光器研究 提出了红光二极管泵浦Er3+/Dy3+共掺氟化物光纤实现~3.5μm激光高效激射新方案，解决了现有技术中泵浦结构复杂、纤芯耦合限制功率提升以及存在激光淬灭等问题。结合数值优化，设计搭建了659nm激光二极管包层泵浦的Er3+/Dy3+共掺氟化物光纤激光器，在3.5μm附近获得了功率0.95W，斜率效率10.7%的连续激光以及3054~3696nm波长连续调谐；随后，利用Fe2+:ZnSe晶体在3060~3620nm范围实现了调Q及波长连续调谐，并评估了InAs可饱和吸收体长波工作边界。
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