圖1 (a)不同光纖長度、芯徑下最大輸出功率的模擬結果;(b)芯徑分別為20 cm、90 μm和在90 μm內以3:1混氣的輸出表現;(c)乙炔-氨氣不同總壓，不同比例下的輸出模擬;(d)純乙炔和3:1混氣以光纖長度為函數的模擬結果。

近期，中國科學院上海光學精密機械研究所先進激光與光電功能材料部特種玻璃與光纖研究中心團隊，創新開展緩沖氣體提升乙炔填充的空芯光纖氣體激光器(A-HCFGL)轉換效率的系統研究，采用1.53 μm單頻光纖激光器作為泵浦源，在3.1 μm波長實現3.9 W單頻激光輸出，斜效率突破35%，相關成果以“Buffer gas enhancing of power conversion efficiency of continuous-wave acetylene-filled fiber gas laser at 3 μm wavelength”為題，發表于Optics Express。

3 μm波長乙炔激光下能級到基態躍遷主要依靠分子自碰撞和與芯壁碰撞的無輻射弛豫。氨氣v1和2v2能級能量水平接近乙炔激光下能級且向基態允許輻射弛豫。選擇氨氣作為緩沖氣體，利用分子間碰撞與能量轉移，可以為乙炔氣體激光提供新的激光下能級弛豫通道，有效改善激光運轉效能。

在本工作中，研究團隊建立了氣體光纖激光器速率方程模型，討論了氣壓、氣體分壓比、纖芯尺寸、光纖長度等條件下碰撞弛豫對于激光輸出的影響，利用數值模擬開展基于氨氣緩沖氣體的乙炔氣體光纖激光器的理想設計方案。

圖2 (a)實驗裝置;(b)不同氣壓和不同混氣比例的實驗輸出曲線;(c)7 mbar總壓，3:1混氣下3 W的輸出光譜。

基于上述模型，研究團隊搭建了實驗平臺，在乙炔-氨氣比為3:1，7 mbar下，實現了最大3.9 W的連續激光輸出。相較于本實驗中純乙炔比較高29.5 %的斜效率，緩沖氣的加入將斜效率提升到了35.74 %，這是迄今為止所報道的比較高效率。本項工作對于進一步改進氣體光纖激光器性能提供了新的研究思路。

審核編輯 黃宇