【仪表网 研发快讯】近期，中国科学院上海光学精密机械研究所先进激光与光电功能材料部特种玻璃与光纤研究中心团队，针对乙炔填充的空芯光纤气体激光器(A-HCFGL)转换效率提升展开研究，利用数值仿真揭示了缓冲气对输出的影响，并搭建实验平台进行验证。相关成果以“Buffer gas enhancing of power conversion efficiency of continuous-wave acetylene-filled fiber gas laser at 3 μm wavelength”为题，发表于Optics Express。
乙炔激光的转换效率受限于偶极子禁止的下能级，其向基态的转移只能依靠乙炔分子自碰撞和与芯壁碰撞的缓慢无辐射弛豫。研究团队发现，氨气v1和2v2能级能量水平接近乙炔下能级，且其向基态的跃迁是允许辐射弛豫的。这意味着乙炔下能级积累的粒子可以通过碰撞转移到相邻的氨气轨道上，从而更快地回到基态，加速激光系统内粒子的循环，改善最终激光输出表现。
在本工作中，研究团队利用数值模拟研究了不同弛豫对于输出的影响，首次提出气池直径对于气体激光的影响，解释了乙炔与空芯光纤结合后才观测到三微米激光产生的原因。并且引入缓冲气，从仿真和实验上验证了缓冲气对于输出的改善。在乙炔-氨气比为3:1，7 mbar下获得最大35.74 %的转换效率，这是迄今为止所报道的最高效率。本项工作对于进一步提升光纤气体激光性能提供了新的研究思路。
相关工作得到了国家自然科学基金、上海市启明星计划等项目的支持。
图1 (a)不同光纤长度、芯径下最大输出功率的模拟结果；(b)芯径分别为20cm、90μm和在90μm内以3:1混气的输出表现；(c)乙炔-氨气不同总压，不同比例下的输出模拟；(d)纯乙炔和3:1混气以光纤长度为函数的模拟结果。
图2 (a)实验装置；(b)不同气压和不同混气比例的实验输出曲线；(c)7mbar总压，3:1混气下3W的输出光谱。
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