波长已知的光束的能量

2um-5um中红外激光有着自己独特的应用：该波段覆盖了几段大气窗口，使其可用于激光雷达、大气通信、激光测距、超高分辨率天文光谱仪标定和光电探测等[1]；中红外波段包含被称为“分子指纹”的特征谱线，可被用于高速、高分辨率、高光谱灵敏度、高信噪比的中红外光谱测量[2]；水分子在3um附近有很强的吸收峰,使其可用于很多医疗操作；位于分子共价键的吸收谱段，使其可用于分子含量的检测和分子类型的鉴定，实现分子的成像等。

目前商用的中红外激光光源包括：OPO参量振荡激光器，超连续谱光源，量子级联激光器以及光纤激光器等。

对于中红外光纤激光器而言，按着实现方式，可以把中红外光纤分为有源和无源两个方面，主要包括基于掺杂稀土的中红外激光，如掺Er3+、Dy3+的ZBLAN光纤激光；基于非线性效应的中红外激光，如拉曼激光、超连续谱激光；基于特殊波导结构的空芯光纤，配合充斥不同气体实现不同波长的中红外激光。近年来随着光纤激光技术的不断发展和成熟，围绕中红外激光技术的研究火热起来，相关实验和产品报道层出不穷，这里只讨论基于增益有源光纤的单波长中红外光纤激光器。

Er:ZBLAN光纤

Er作为稀土元素具有丰富的能级结构，粒子通过基态吸收在泵浦波长655nm、790nm和980nm处被激发到较高能级，通过辐射跃迁从4I13/2能级跃迁至4I15/2能级可以产生1.55um的发射，由4I11/2能级向4I13/2能级跃迁产生2.8um的发射，粒子从4F9/2能级向4I9/2能级跃迁能够产生3.5um发射。目前，高浓度掺杂 Er:ZBLAN光纤获得2.8um激光是相对主流方法[4]。

氟化物光纤被用于2-3um光输出，硫化物光纤被用于3-6.5um光输出，比6.5um更长波长可以用卤化物光纤输出。氟化物光纤主要是以氟化铝(AlF3)、ZBLAN(53%ZrF4-20%BaF2-4%LaF3-3%AlF3-20%NaF) 或氟化铟(InF3)等为基质材料的氟化物多组分玻璃光纤。其中ZBLAN是目前比较常用的光纤，可以实现稀土掺杂，对于其与硅基光纤的熔接工艺也相对比较成熟，商用光纤熔接机即可，InF和AlF光纤可用作光纤器件(比如合束器)和光纤端帽的制作。但是易潮解是氟化物光纤主要的缺点。

2.8um中红外连续光纤激光

1988年，Brierley报道了第一台2.7um Er3+掺杂光纤激光器[5] 。

1999年，Er:ZBLAN光纤激光器的输出功率实现了瓦级的突破，Jackson等[6]利用 Er3+/ Pr3+共掺ZBLAN光纤实现了1.7W的激光输出。

进入21世纪，随着光纤制备技术与光纤激光技术的发展，3um波段激光的功率进一步提高。其中日本京都大学、澳大利亚阿德莱德大学、加拿大拉瓦尔大学、国内的深圳大学等在实验室，都报道了非常出色的实验进展。

2015年，加拿大拉瓦尔大学Fortin等[7]报道了输出功率为30.5W、输出波长为2938nm的掺Er3+氟化物光纤激光器。该系统采用了基于纤芯内刻写光纤布拉格光栅，即在ZBLAN光纤和Er:ZBLAN光纤分别刻蚀高反光栅和低反光栅，构成10m长的谐振腔，光纤尾端接有AlF3端帽以降低潮解，提高激光器稳定性，在980nm泵浦下总激光效率为16%。

2018年，加拿大拉瓦尔大学Aydin等[8]，在整段Er:ZBLAN光纤内完成光栅刻蚀，利用双泵浦方式连续光纤激光器在2.8um处，实现了41.6W的激光输出。这是Er:ZBLAN中红外光纤激光器已知报道的最高输出功率。

2021年，深圳大学郭春雨等[10] 在国内首次报道了功率为20W的全光纤结构的2.8um中红外激光输出。所用的掺Er3+：ZrF4光纤直径为15um，数值孔径NA约为0.12，总长度为6.5m，吸收系数2-3dB/m@976nm，高反光栅(99%HR-FBG)和低反光栅(10%OC-FBG)直接刻写在增益光纤上，中心波长2825nm，与Er纤形成谐振腔。如图所示▼ 硅基与ZBLAN光纤，以及端帽与无源纤的熔接工艺为报道者团队自主研发，制作了包层光滤除器和AlF3光纤端帽。当泵浦功率140W，输出功率[email protected]，光光转换效率14.5%。

2023年，利用镀膜反射镜和自制高性能中红外光纤端帽提供谐振腔反馈，结合高功率泵浦光的高效耦合技术，将单端泵浦中红外光纤激光器的输出功率提升到33.8W，并获得了>30W功率水平下的最高激光效率[21]。

经过多年的努力，光纤激光的工作者们，极大优化了中红外光纤的处理工艺，目前利用商用的特种光纤处理设备，可以得到较低的熔接损耗，被用在中红外模场匹配器、合束器/分束器、输出端帽等多种器件，从而推出了产品级的全光纤结构中红外光源。

中红外调Q脉冲光纤激光

2020年，Sojka等[11]采用30W的975nm激光泵浦芯径15um，7%摩尔浓度Er:ZBLAN双包层光纤，在重复频率10kHz实现光纤激光器在2.8um波长下的声光调Q输出，在 1.1m长Er:ZBLAN光纤实现脉冲能量46uJ的激光输出，脉冲的峰值功率0. 821 kW，脉宽56ns。2021年，他们采用芯径35um的Er:ZBLAN多模光纤，脉宽26ns，峰值功率12.7kW，脉冲能量330uJ[12]。

2021年，Shen等利用电光调Q首次实现了2.8um的脉冲激光输出。采用芯径33um掺Er浓度为6%的ZBLAN光纤作为增益介质，NA0.12，电光调制器选择RTP晶体，脉宽13.1ns脉冲能量205.7uJ，峰值功率15.7kW，这是目前已知最高峰值功率 Er:ZBLAN调Q光纤激光器的报道。

中红外锁模超快光纤激光

硅基光纤中有掺Tm光纤用于2um激光的输出，技术已经比较成熟，随着光纤和器件技术的成熟，更高的指标逐一实现。

2018年，Jena大学报道了1000W平均功率，256fs的2um超快激光，利用了大模场面积的掺Tm的光子晶体光纤，50/250-Tm-PM-PCF。这也是目前同类实验的最高指标。

对于2um以上的波段，目前绝大多数的光纤激光器研究工作采用被动锁模技术，主要采用可饱和吸收以及非线性效应两种形式。前者以具有光学可饱和吸收特性的材料作为锁模器件，如SESAM，金属掺杂晶体如 Fe: ZnSe等，后者利用光学非线性效应等方式产生等效可饱和吸收体，如非线性偏振旋转(NPR)、非线性光学环形镜(NOLM)等。

2020年，Guo等[14]报道，利用CVD生长WSe2薄膜作为SA并转移至镀金反射镜形成 WSe2-SAM，基于此利用980nm激光泵浦6%摩尔浓度Er:ZBLAN光纤，实现脉宽21ps，重频42. 43MHz，平均功率360mW的锁模脉冲。

2022年，上海交通大学Qin等[15]利用分子束外延生长技术制备了InAs/GaSb超晶格SESAM,可灵活调整可饱和吸收体的响应范围、饱和能量密度和恢复时间等参数，实现了3.5um的Er: ZBLAN光纤激光器的稳定锁模输出，脉宽14.8ps，平均功率149mW，重复频率36.56MHz。

2019年，上海交通大学Qin等[16]采用Ge棒进行色散管理进一步将锁模脉宽缩短至215fs,脉冲能量9.3nJ，峰值功率43.3kW。

2020年，上海交通大学Gu等[17]报道了基于NPR技术实现2.8μm 的Er∶ZBLAN光纤激光器的131fs锁模输出，峰值功率22.68kW的孤子脉冲，脉冲能量3nJ。

同年，Huang等[18]利用NPR技术在980nm下泵浦3.3m长Er: ZBLAN光纤实现脉宽126fs，脉冲能量10nJ的锁模输出，Er: ZBLAN放大器和ZBLAN非线性光纤进一步压缩脉宽至15.9 fs，最终脉冲峰值功率500kW。

2022年，Yu等[19]利用2.4m长掺杂7%摩尔浓度的Er:ZBLAN光纤制备脉宽283fs的脉冲种子光源，利用非线性放大技术，进一步将脉宽压缩到59fs，获得的脉冲平均功率高达4.13W，这是迄今为止亚百飞秒锁模光纤激光器最高的平均输出功率。

总结

中红外光纤激光器，具有光纤激光紧凑、少维护、稳定性高、光束质量高等诸多优势，氟化物、硫化物、卤化物、空心光纤等中红外光纤，从功率、光谱、光纤器件应用等各个方面大大推动了中红外激光的发展，随着中红外材料及光纤技术的不断成熟，将会有更多高品质的中红外光纤激光产品问世，在国防、科研、工业制造、医疗等领域发挥越来越大的作用。

参考文献，请向上滑动阅览

1.Hao Q, Zhu G S, Yang S, et al. Mid-infrared transmitter and receiver modules for free-space. optical communication [J]. Applied Optics, 2017, 56(8), 2260-2264.

2.Ren X Y, Dai H Li, D T, et al. Mid-infrared electro-ptic dual-comb spectroscopy with feedforward frequency stepping [J]. Optics Letters, 2020, 45(3), 776-779.

3.GOLDING P, JACKSON S, KING T, et al. Energy-transfer processes in Er3 + -doped and Er3 + , Pr3 + -codoped ZBLAN glasses[ J]. Physical Review B, 2000, 62: 856-864.

4.ZHAO Wenkai, et al. Research Progress on Er ∶ ZBLAN Mid-Infrared Fiber Lasers Emitting at 2.8μm. BULLETIN OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY, vol 11, 2022.11.

5.BRIERLEY M C, FRANCE P W. Continuous wave lasing at 2. 7 μm in an erbium-doped fluorozirconate fibre[J]. Electronics Letters, 1988, 24(15): 935.

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7.FORTIN V, BERNIER M, BAH S T, et al. 30 W fluoride glass all-fiber laser at 2. 94 μm[J]. Optics Letters, 2015, 40(12): 2882-2885.

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9.崔宇龙等，中红外光纤激光技术研究进展与展望。光学学报，42卷9期，2022.5

10.郭春雨, 董繁龙, 沈鹏生等, 20W中红外2.8um全光纤激光器研究 [J]. 中国激光 2021, 48 (14), 1416001

11.SOJKA L, PAJEWSKI L, LAMRINI S, et al. Experimental investigation of actively Q-switched Er3 + :ZBLAN fiber laser operating at around 2. 8 μm[J]. Sensors (Basel, Switzerland), 2020, 20(16): 4642.

12.SÓJKA L, PAJEWSKI L, LAMRINI S, et al. High peak power Q-switched Er∶ ZBLAN fiber laser[J]. Journal of Lightwave Technology, 2021,39(20): 6572-6578.

13.SHEN Y L, WANG Y S, ZHU F, et al. 200 μJ, 13 ns Er∶ ZBLAN mid-infrared fiber laser actively Q-switched by an electro-optic modulator[J].Optics Letters, 2021, 46(5): 1141-1144.

14.GUO C Y, WEI J C, YAN P G, et al. Mode-locked fiber laser at 2. 8 μm using a chemical-vapor-deposited WSe2 saturable absorber mirror[J]. Applied Physics Express, 2020, 13(1): 012013.

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16.Qin Z P Xie G Q Gu H G et al Mode-locked 2.8μm fluoride fiber laser from soliton to breathing pulse J Advanced Photonics 2019 16 065001

17.GU HONGAN, QIN Z P, XIE G Q, et al. Generation of 131 fs mode-locked pulses from 2. 8 μm Er ∶ ZBLAN fiber laser[ J]. Chinese Optics Letters, 2020, 18(3): 031402.

18.HUANG J, PANG M, JIANG X, et al. Sub-two-cycle octave-spanning mid-infrared fiber laser[J]. Optica, 2020, 7(6): 574.

19.YU L P, LIANG J H, HUANG S T, et al. Average-power (4. 13 W) 59 fs mid-infrared pulses from a fluoride fiber laser system[ J]. Optics Letters, 2022, 47(10): 2562-2565.

20.Huang J Pang M Jiang X et al Sub-two-cycle octave-spanning mid-infraredfiberlaser J Optica 2020 7 6 574-579

21.张钧翔等，33.8W高效率中红外2.8μm光纤激光器。中国激光，50卷7期，2023.4

来源：凌云光子

经曼力2604一紫外线光子的波长是350nm,能量有多大? -
黎柱该19265482961 ______ 利用公式 E=hc/λ E为能量,单位为kJ; h为普朗克常量,单位为h=6.62606896(33)*10^(-34) J·s或者h=4.13566743(35)*10^(-15) eV·s; c为光速,单位为c=3.153*10^8m/s; λ为波长,单位为μm. 这样就可以得到了能量了.

经曼力2604光是一种电磁波,可见光的波长的大致范围是400 - 700nm 400nm 760nm 求电磁波辐射的能量子的值 -
黎柱该19265482961 ______ 能量子能量:E=hν=hc/λ 这里h为普朗克常数,ν为光的频率,c为真空中光速,λ为波长 hc=(6.626*10^-34)*(3.0*10^8)=19.878*10^-26J 带入波长:400-760nm,可得能量能量范围为:2.62 * 10^-19 ~ 4.97* 10^-19 (J) 也可以利用:hc=1243(eVnm) 带入波长,得到能量范围:1.636~3.108eV

经曼力2604已知光子波长为0.0012395nm,他的能量应该为()MeV -
黎柱该19265482961 ______ 1.00MeV

经曼力2604一紫外线光子的波长为350nm,该光子的能量有多大?(1nm=10ˉ9m) -
黎柱该19265482961 ______ 根据光子能量E=hf=hc/入=6.63*10^-34 x3x10^8/350x10^-9=5.7x10^-19J 希望能帮上你的忙

经曼力2604波长与能量有关系吗? -
黎柱该19265482961 ______ 波长与能量有关系. E=hc/λ E为能量,单位为kJ;h为普朗克常量,单位为h=6.62606896(33)*10^(-34) J·s或者h=4.13566743(35)*10^(-15) eV·s;c为光速,单位为c=3.153*10^8m/s;λ为波长,单位为μm. 波长指沿着波的传播方向,在波的图形中两个相对平衡位置之间的位移.横波与纵波的波长所代表的意义是不同的.在横波中,波长是指相邻两个相位相差的点的距离,通常是相邻的波锋、波谷或对应的过零点.在纵波中,波长是指相邻两个密部或疏部之间的距离.波长在物理中常表示为λ,国际单位是米(m).

经曼力2604可见光的波长范围大致400nm~700 nm,问可见光电磁辐射的能量子ε的范围是多少? -
黎柱该19265482961 ______ ε=hν=hc/λ 其中普朗克常量取h=6.63*10^(-34) J·s,光速取c=3*10^8m/s,ν是光频率,λ是波长 400nm时,ε=5.0*10^(-19)J 700nm时,ε=2.8*10^(-19)J 因此能量子的范围是:2.8*10^(-19) ~ 5.0*10^(-19) J

经曼力2604某半导体激光器发出的波长为680nm,其光子能量为 - 上学吧普法考试
黎柱该19265482961 ______ (1)光子能量E=hν= hc λ = 6.63*10?34*3*108 500*10?9 =3.98*10?19(J) 由光子的能量和动量的关系可得,光子的动量p= E c = 3.98*10?19 3*108 =1.33*10?27(kg?m/s) 也可用 p= h λ = 6.63*10?34 500*10?9 =1.33*10?27(kg?m/s) (2)灯泡在可见光...

经曼力2604若光子的波长等于λ,则光子的动量等于 - ----------,光子的能量等于-----------. -
黎柱该19265482961 ______ 光子的能量为P=h/λ,光子能量为E=hc/λ,其中h为普朗克常数,c为真空中光速

经曼力2604已知两束光在单位时间里传输的能量相同,第一束光的波长为λ1=6.0*10^ - 7m,光每秒钟通过和光线方向垂直的平面的光子数分别为n1=4*10^10个和n2=3*... -
黎柱该19265482961 ______[答案] 光子的能量为hv(v为光的频率,h为普朗克常量) 所以一束光的能量为光子数与光子能量的乘积了 一束光的能量就为E=nhc/λ 有了这就很容易能得出来