硅芯光纤中2.2 μm拉曼放大器及其在中红外光源扩展中的应用前景

 中红外光谱区域在过去十年中引起了极大的研究兴趣，因为它对许多生物医学和传感应用非常重要。然而，在波长超过2 μm的情况下，开发紧凑的可调谐光纤光源仍然是一个重大挑战。

 拉曼散射是一种非线性过程，可以用于在传统光源受限或不可用的波长区域产生或放大光学信号。因此，当由高功率激光器和具有宽传输窗口的波导构建时，拉曼系统可以用来将近红外泵浦源转换为中红外，以帮助填补该区域的波长空白。

 在发表在《光：科学与应用》杂志上的一篇新论文中，由英国南安普顿大学光电子研究中心的Anna C. Peacock教授领导的一个国际研究团队，利用高度非线性的硅芯光纤(SCF)平台，在波长超过2 μm的情况下展示了高水平的拉曼放大。

a. 利用SCFs在新的中红外波长产生光的概念。b. 用于光纤制造的熔融芯方法，插图显示了后处理的锥形设计。c. 2 μm脉冲泵浦的受激拉曼增益分布。d 使用优化的泵浦源时自发级联拉曼散射的光谱演化。

该研究团队使用了一种新型的激光器，该激光器具有高效率的拉曼放大能力，并且具有较低的损耗。

 该研究团队利用高效率的拉曼放大器，在中红外光源中实现了高效率的拉曼放大。与平面硅系统相比，SCF已成为中红外拉曼放大的令人兴奋的平台，因为它们提供了扩展的传播长度、低传播损耗和与光纤激光器的高效耦合。本研究中使用的SCF是通过熔融芯绘制方法制备的，这允许长纤维的快速生产。

 然后通过锥形过程进行后处理，这通过优化芯材料和尺寸来增强非线性性能。由此产生的SCF的传输损耗仅为0.2 dB/cm，具有一致的微米尺寸的锥形腰直径，长度为6 cm。

 通过用掺光纤激光器泵浦优化的SCF，研究小组在2.2 μm处展示了拉曼发射和放大。在受激拉曼放大的情况下，由于晶体芯材料的拉曼增益系数大，泵浦功率仅为10 mW，就实现了开关峰增益约30 dB。

 重要的是，SCF的低损耗也开辟了一条通过级联过程将拉曼波长扩展到4 μm及以上范围的路线。这项工作首次证明了中红外拉曼散射在任何硅波导系统中的存在——无论是基于光纤还是基于芯片——因此，为在这个频段中开发稳健、紧凑和可调谐系统迈出了关键的一步。

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