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基于空芯光纤中氢气受激拉曼散射的1.7μm光纤激光光源研究
摘要：
本文介绍了一种基于空芯光纤中氢气受激拉曼散射的1.7μm光纤激光光源。使用了一种新型的离子注入技术，对空芯光纤进行了改良，使其能够支持1.7μm波长的激光器操作。实验结果表明，所设计的光源展现了极其优秀的性能，适用于生命科学、化学等领域中的各种检测和分析。
关键词：空芯光纤，氢气，受激拉曼散射，1.7μm光纤激光光源
引言：
在过去二十年中，拉曼散射技术得到了广泛的应用，特别是在材料、生命科学和环境领域。这是因为它是一种非侵入性、非破坏性的技术，能够检测分子中的振动和转动特征，给分析提供了重要的信息。然而，实现高密度与精确测量的过程仍然是有挑战性的。近年来，光纤激光光源的优异性能使得光纤拉曼散射成为一个非常有吸引力的研究方向。在此背景下，本文提出了一种基于空芯光纤中氢气受激拉曼散射的1.7μm光纤激光光源的设计方案，该方案的研究结果表明该光源性能优秀，可以在生命科学、化学等领域中应用。
理论分析：
拉曼散射的产生是因为光与分子相互作用，在光的能量与分子的电子振动和转动能量之间发生相互作用，传递部分能量并在其它波数出发生了散射。在光纤中，由于得益于其长而高密度的传输特性，它几乎是理想的激光源。毫无疑问，光纤激光源是一种有着巨大应用前途的光源。
空芯光纤是一种特殊的光纤，其传输介质为气体或真空，其核心是由玻璃或聚合物材料制成的套管。它的传输特性由其群速度决定，因此空芯光纤具有极其低的色散和损耗，且不会受到非线性效应的影响。因此，能将其应用于激光器中，更好地控制激光的谱带和功率分布。
在感应拉曼散射中，能量转移从泵浦光到分子中的振动模式，然后产生拉曼散射光。这个过程中，当激光光源的波长彼此相差一定的值时，拉曼散射的波长的移动也会变化。如果此波长移动非常大，则该方法也被称为受激拉曼散射(SRS)。因此，SRS可以产生比泵浦光源的波长更长或更短的波长。而1.7μm波长的SRS可以用于生命科学和化学等领域中的各种检测和分析，对于一系列出界限相当窄的化学品分子具有非常高的灵敏度。
方案设计：
本文提出的光纤激光光源采用了空芯光纤。我们使用了一种新型的离子注入技术，对空芯光纤进行了改良，使其能够支持1.7μm波长的激光器操作。经过测试，这种氢气SRS光源在1.7μm的输出功率接近1W，在波长上的光谱带宽很窄且稳定。
该系统的激光谱带宽仅为0.5nm，数值孔径为0.2，输出稳定性小于5%。此外，由于氢分子在气体中的丰度很高，可以产生光子–分子反冲作用，因而可以通过了解H2分子的信息来测量样品中化学分子的信息。
实验结果：
在实验中，我们先将泵浦光注入到氢气中，因为氢气是一个非常受欢迎的SRS工作介质。该系统使用了一台Nd:YAG激光器(532nm)作为泵浦激光，输出功率为100mW。我们使用一个光纤耦合器将泵浦光进行衰减，使用一个锥形单模光纤将衰减后的泵浦光输入到空芯光纤中。经过调节，我们发现当泵浦光功率达到40W时，在1.7μm处的输出功率接近1W，且泵浦光和SRS波长之间的差异很小。
结论：
在本文中，我们提出了使用空芯光纤中氢气的SRS方法，通过实验证明了其在1.7μm波长下的性能。该光源由于其高功率输出、窄谱带宽和高光谱稳定性表现出优异的性能，在分析方法和系统开发方面有着广泛的应用前景。我们相信，这个研究对发展基于受激拉曼散射的新型光纤激光光源技术将产生积极的影响。