宽带中红外激光源促进光纤传输以及以光纤为基础的传感技术

研究人员开发了一种波长为 2.5 至 3.7 μm 波长范围内高度稳定的宽带中红外 （MIR） 光束光源，在测试中，由于其远光束质量而保持了其全亮度，它支持基于光纤的环境监测系统的简化。这个光源配置简单，是MIR光纤传感器的必要组件，可应用在工业和医疗领域。日本国立自然科学研究所（National Institutes of Natural Sciences）、国立融合科学研究所（National Institute for Fusion Science）和千田县立大学（Akita Prefectural University）的研究小组展示了光源和传感器技术。

由于其旋转和振动状态的电荷，MIR区域存在多个强分子吸收线谱。因此，MIR源有希望用于敏感的远程监测系统中。基于光纤的系统尤其如此（例如基于 MIR 吸收光谱的光纤传感器）。这种器件显示了其在气体检测（工业设置）和呼吸分析（医疗设置）的潜力。然而，要优化这种系统，这种器件需要能够显示宽带频谱和高光束质量的MIR光源。这项新工作展示了MIR中超宽带放大的自发发射（ASE）源，满足了这些研究人员迫切的需求。

二极管泵浦式配置显示了紧凑/低成本器件结构的使用。National Institute for Fusion Science 供图。

研究人员首先定制了一种利用氟化物玻璃与铒的三价离子（Er）和镝（Dy）共同掺杂的光纤。已完成的光纤启用了简单、低成本的 ASE 光源配置，二极管泵送来自元素能量传输。然后，研究人员能够对宽带和中等功率的ASE光源（2.5至3.7μm）做了实验研究，以优化氟化物纤维的设计，同时考虑光纤长度、离子浓度、泵送配置和抽运等因素。研究人员报告说，光源优良的光束质量也使使用外部光纤的耦合效率很高。除了工业和生命科学领域的应用，研究小组成员Hiyori Uehara说，光源可以促进光纤器件的检查。Uehara说，研究小组计划进一步的研究，旨在利用MIR光纤传感器进行高度敏感的多气体检测，目前这方面的工作正在进行中。

这项研究发表在 《Scientific Reports》(www.doi.org/10.1038/s41598-021-84950-y).