微腔型光泵气体太赫兹激光器及空芯反谐振光纤的研究

摘要

光泵气体太赫兹激光器是获得高功率太赫兹辐射的重要技术手段之一，主要利用高功率CO2激光泵浦太赫兹激光增益介质获得有效的太赫兹激光输出，但激光器整体依然需要较大的谐振腔体积，限制了光泵气体太赫兹激光器在实际中的进一步应用。因此缩小太赫兹激光谐振腔体积，研制微腔型光泵气体太赫兹激光器对光纤化激光器和进一步发展太赫兹技术是极其必要的。空芯反谐振光纤作为一种新型微结构空芯光纤，具有较大的纤芯尺寸和在太赫兹波段较好的传输性能，有望作为光泵气体太赫兹激光器谐振腔实现激光器光纤化，因此对空芯反谐振光纤及其器件的研究具有重要意义。本文的主要内容如下：　　1．设计并搭建了高功率连续可调谐CO2激光器作为泵浦源，测得其输出谱线达82条，在9P（36）支下最高输出功率达80W，30分钟输出功率稳定性在±2%以内；设计并搭建了基于小尺寸石英管作为太赫兹激光谐振腔的微腔型光泵气体太赫兹激光器，通过优化谐振腔结构，对比不同输出镜下的太赫兹激光输出特性，最终利用10W的9P（36）支CO2激光泵浦甲醇气体，选用4mm小孔镀金石英晶体作为太赫兹激光输出镜片，最高获得5.4mW的2.5THz激光输出，能量转换效率为5.4×10-4。　　2．选用椭圆形包层管作为光纤内包层设计了结构简单的空芯反谐振光纤，通过改变包层管内径大小，发现包层管和纤芯之间出现折射率诱导模式耦合现象。具有七个包层管的空芯反谐振光纤在2.5THz的传输频率下可以获得5.36dB/m的高阶模损耗峰值。随后将光纤外包层内缩，增大包层管内模式与外包层的接触面积，可以获得14.36dB/m高阶模损耗峰值，进一步提高了高阶模抑制作用。　　3．通过剥离部分外包层和扩大内包层管的间隙，研究了改变空芯反谐振光纤内外包层结构对传输特性的影响，结果表明剥离部分外包层，并在一定范围扩大内包层管间隙可以在不改变光纤传输特性的情况下，造成纤芯的模式偏移，从而利用模式泄漏耦合机制实现了双芯反谐振光纤的定向耦合。通过改变纤芯距离和纤芯间的间隙大小，最终在2.5THz的传输频率下实现了0.72m的定向耦合。

目录