中紅外光譜區(qū)域在過去十年中引起了極大的研究興趣，因為它對許多生物醫(yī)學和傳感應用非常重要。然而，在波長超過2 μm的情況下，開發(fā)緊湊的可調(diào)諧光纖光源仍然是一個重大挑戰(zhàn)。

 拉曼散射是一種非線性過程，可以用于在傳統(tǒng)光源受限或不可用的波長區(qū)域產(chǎn)生或放大光學信號。因此，當由高功率激光器和具有寬傳輸窗口的波導構建時，拉曼系統(tǒng)可以用來將近紅外泵浦源轉(zhuǎn)換為中紅外，以幫助填補該區(qū)域的波長空白。

 在發(fā)表在《光：科學與應用》雜志上的一篇新論文中，由英國南安普頓大學光電子研究中心的Anna C. Peacock教授領導的一個國際研究團隊，利用高度非線性的硅芯光纖(SCF)平臺，在波長超過2 μm的情況下展示了高水平的拉曼放大。

a. 利用SCFs在新的中紅外波長產(chǎn)生光的概念。b. 用于光纖制造的熔融芯方法，插圖顯示了后處理的錐形設計。c. 2 μm脈沖泵浦的受激拉曼增益分布。d 使用優(yōu)化的泵浦源時自發(fā)級聯(lián)拉曼散射的光譜演化。

該研究團隊使用了一種新型的激光器，該激光器具有高效率的拉曼放大能力，并且具有較低的損耗。

 該研究團隊利用高效率的拉曼放大器，在中紅外光源中實現(xiàn)了高效率的拉曼放大。與平面硅系統(tǒng)相比，SCF已成為中紅外拉曼放大的令人興奮的平臺，因為它們提供了擴展的傳播長度、低傳播損耗和與光纖激光器的高效耦合。本研究中使用的SCF是通過熔融芯繪制方法制備的，這允許長纖維的快速生產(chǎn)。

 然后通過錐形過程進行后處理，這通過優(yōu)化芯材料和尺寸來增強非線性性能。由此產(chǎn)生的SCF的傳輸損耗僅為0.2 dB/cm，具有一致的微米尺寸的錐形腰直徑，長度為6 cm。

 通過用摻光纖激光器泵浦優(yōu)化的SCF，研究小組在2.2 μm處展示了拉曼發(fā)射和放大。在受激拉曼放大的情況下，由于晶體芯材料的拉曼增益系數(shù)大，泵浦功率僅為10 mW，就實現(xiàn)了開關峰增益約30 dB。

 重要的是，SCF的低損耗也開辟了一條通過級聯(lián)過程將拉曼波長擴展到4 μm及以上范圍的路線。這項工作首次證明了中紅外拉曼散射在任何硅波導系統(tǒng)中的存在——無論是基于光纖還是基于芯片——因此，為在這個頻段中開發(fā)穩(wěn)健、緊湊和可調(diào)諧系統(tǒng)邁出了關鍵的一步。

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