近日，在中国科学院上海光学精密机械研究所（简称“上海光机所”）的一项最新研究中，研究人员在缓冲气辅助下的气体光纤激光器效率提升方面取得了显著进展。这项研究成果不仅标志着在3微米波长连续波乙炔填充光纤气体激光器（A-HCFGL）功率转换效率上的重大突破，同时也为未来高效能光纤气体激光器的设计提供了新的思路和方法。
研究背景与目标
近年来，随着激光技术的发展，特别是光纤激光器因其高效率、紧凑结构和良好的散热性能而受到广泛关注。然而，对于某些特定类型的气体激光器，如乙炔填充的空芯光纤气体激光器，其转换效率一直受限于下能级粒子的慢速无辐射弛豫过程。为了克服这一限制，上海光机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进行了深入研究，旨在通过引入缓冲气体来改善激光输出表现。
科技创新点
该团队的研究发现，氨气v1和2v2能级能量水平接近乙炔分子的下能级，并且氨气向基态的跃迁是允许辐射弛豫的。这意味着通过将氨气作为缓冲气加入到系统中，可以加速乙炔分子从下能级回到基态的过程，从而提高整个系统的转换效率。此外，研究还首次提出了气池直径对气体激光的影响，并解释了为什么只有当乙炔与空芯光纤结合时才能观测到三微米激光的产生。
实验验证与成果
在实验中，研究人员首先利用数值模拟分析了不同条件下的输出情况，并搭建了相应的实验平台进行验证。结果表明，在乙炔-氨气比为3:1，压力为7 mbar的情况下，获得了高达35.74%的转换效率，这是目前文献报道中的最高值。此效率的大幅提升证明了缓冲气辅助技术的有效性及其在优化气体光纤激光器性能方面的巨大潜力。
气体光纤激光器介绍
气体光纤激光器是一种基于气体介质实现受激发射的光源设备。它通常由一根内部充满特定工作气体的空心光纤构成，通过泵浦源激发气体原子或分子至高能态，随后通过受激辐射释放能量形成激光输出。相比传统的固体或液体激光器，气体光纤激光器具有独特的优点，比如宽带可调谐性和较高的能量转换效率等。其中，乙炔由于其特殊的分子结构，能够发射出位于中红外区域的激光，这使得它在环境监测、医疗诊断等领域有着广泛的应用前景。
此次上海光机所在缓冲气辅助下的气体光纤激光器效率提升方面的研究成果，不仅推动了相关领域的科技进步，也为进一步探索和发展高性能光纤气体激光器奠定了坚实的基础。未来，随着研究的深入和技术的进步，我们有理由相信，这种新型的激光器将在更多领域展现其独特价值，为社会发展做出更大贡献。
本项研究得到了国家自然科学基金、上海市启明星计划等项目的大力支持。这些资助为科研人员提供了必要的资金保障和技术支持，促进了科技创新能力的持续提升。
