在光譜檢測(cè)、氣體分析和軍事技術(shù)等領(lǐng)域，2微米以上的激光技術(shù)一直是研究熱點(diǎn)。近期，寧波大學(xué)團(tuán)隊(duì)在《Optics Letters》發(fā)表了一項(xiàng)重要成果：他們利用光纖端面的自然反射現(xiàn)象，在硫系玻璃光纖中實(shí)現(xiàn)了高效可調(diào)的拉曼激光輸出，為中紅外激光應(yīng)用開辟了新方向。

    傳統(tǒng)激光材料的局限與硫系玻璃的優(yōu)勢(shì)
    過去，2微米以上的激光主要通過摻稀土元素（如銩、鈥）的光纖實(shí)現(xiàn)，但這類激光器存在波長(zhǎng)覆蓋不連續(xù)的問題。另一種方案是利用拉曼散射原理，但傳統(tǒng)的二氧化硅和氟化物光纖有明顯不足：前者在長(zhǎng)波長(zhǎng)損耗大，后者雖然能傳輸?shù)?微米，但拉曼增益太低，導(dǎo)致激光器效率差、功率低。
    硫系玻璃的出現(xiàn)改變了這一局面。以硫化砷（As?S?）為代表的硫系材料，不僅能透過中紅外光，而且拉曼增益比傳統(tǒng)材料高幾十到幾百倍。此前已有研究用硫系光纖實(shí)現(xiàn)3.77微米的激光，但這類技術(shù)依賴特殊的反射鏡或光柵，限制了波長(zhǎng)調(diào)節(jié)范圍，也讓系統(tǒng)變得復(fù)雜。

    創(chuàng)新設(shè)計(jì)：用光纖端面當(dāng)“天然鏡子”
    寧波大學(xué)團(tuán)隊(duì)的核心創(chuàng)新很巧妙：他們發(fā)現(xiàn)硫系光纖的端面本身就能當(dāng)反射鏡。當(dāng)激光從光纖射出時(shí)，端面會(huì)自然反射約17%的光，這就像在光纖兩端形成了一對(duì)“天然鏡子”，構(gòu)成了光學(xué)諧振腔（FP腔）。
    這種設(shè)計(jì)的好處是不需要額外安裝反射鏡或光柵，大大簡(jiǎn)化了系統(tǒng)。當(dāng)泵浦光功率足夠高時(shí)，拉曼散射產(chǎn)生的新波長(zhǎng)光會(huì)在這對(duì)“天然鏡子”間來回反射放大，最終形成穩(wěn)定的激光輸出。研究團(tuán)隊(duì)通過計(jì)算機(jī)模擬優(yōu)化了光纖長(zhǎng)度和泵浦功率，發(fā)現(xiàn)3米長(zhǎng)的As?S?光纖在16瓦泵浦功率下效果最好。

    實(shí)驗(yàn)成果：高效寬范圍波長(zhǎng)調(diào)節(jié)
    實(shí)驗(yàn)中，團(tuán)隊(duì)用2000納米的脈沖激光作為泵浦源，經(jīng)過放大后注入3米長(zhǎng)的As?S?光纖。關(guān)鍵在于：
    整個(gè)系統(tǒng)全光纖化，僅用端面反射構(gòu)建諧振腔，結(jié)構(gòu)緊湊
    通過調(diào)節(jié)前端的濾波器，激光波長(zhǎng)能在21002186納米范圍內(nèi)連續(xù)變化，覆蓋86納米的寬帶，這是同類技術(shù)中首次實(shí)現(xiàn)如此寬的納秒脈沖調(diào)諧
    測(cè)試顯示：
    在2148納米處，激光峰值功率達(dá)到2.9瓦，能量轉(zhuǎn)換效率高達(dá)43%，創(chuàng)硫系光纖激光器新紀(jì)錄
    輸出的激光脈沖寬度674納秒，功率穩(wěn)定性誤差僅1.71%
    雖然脈沖因光纖特性略有展寬，但可通過優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)一步改善

    應(yīng)用前景：中紅外激光的多領(lǐng)域潛力
    這種新型激光器的最大優(yōu)勢(shì)是“無波長(zhǎng)限制”的設(shè)計(jì)，擺脫了傳統(tǒng)技術(shù)對(duì)特殊光學(xué)元件的依賴，在這些領(lǐng)域有重要應(yīng)用：
    環(huán)境監(jiān)測(cè)：23微米波長(zhǎng)能精準(zhǔn)檢測(cè)二氧化碳、甲烷等氣體，用于大氣污染實(shí)時(shí)分析
    醫(yī)療診斷：中紅外光與生物組織的水吸收特性匹配，可用于無創(chuàng)血糖檢測(cè)、癌細(xì)胞早期識(shí)別
    國(guó)防科技：適合紅外對(duì)抗、導(dǎo)彈制導(dǎo)等場(chǎng)景，緊湊的體積便于裝備集成
    研究團(tuán)隊(duì)還指出，若將光纖長(zhǎng)度縮短到幾十厘米，有望在不損傷材料的前提下實(shí)現(xiàn)10瓦級(jí)功率輸出，進(jìn)一步拓展應(yīng)用場(chǎng)景。這種“極簡(jiǎn)”設(shè)計(jì)為中紅外激光設(shè)備的小型化、實(shí)用化提供了全新思路。

    這項(xiàng)研究不僅在技術(shù)指標(biāo)上實(shí)現(xiàn)突破，更重要的是提供了一種“返璞歸真”的創(chuàng)新思路——利用材料自身特性解決復(fù)雜問題。隨著硫系光纖制備技術(shù)的成熟，這類高效可調(diào)的拉曼激光器有望快速從實(shí)驗(yàn)室走向市場(chǎng)，推動(dòng)環(huán)境監(jiān)測(cè)、醫(yī)療設(shè)備、國(guó)防科技等領(lǐng)域的技術(shù)升級(jí)，在中紅外激光這片“光譜藍(lán)海”中開辟出廣闊的應(yīng)用空間。