导读

空芯光纤气体激光器是伴随空芯光纤技术发展而兴起的一类新型激光光源，结合了光纤激光效率高、光束质量好与气体激光波长转换灵活等优势。随着空芯光纤传输损耗持续降低、高效耦合技术日益成熟，以及高功率窄线宽泵浦源的快速发展，空芯光纤气体激光器为解决传统实芯光纤激光在波长拓展（尤其是中红外波段）和功率提升等方面的技术难题提供了极具潜力的解决方案。近期，国防科技大学王泽锋教授团队发表综述文章，系统梳理了基于粒子数反转与受激拉曼散射两种机制的空芯光纤气体激光器研究进展，详细阐述了其在功率提升与光谱拓展方面的突破，并进一步探讨了该技术迈向实用化所面临的挑战与未来前景。相关研究成果以“Hollow-core fiber gas lasers [Invited] ”为题发表于《Light: Science & Applications》。

研究内容

路径一：基于粒子数反转，瞄准中红外波段

这类激光器利用空芯光纤中气体分子振转能级的本征吸收跃迁产生激光，在实现中红外激光波段输出有着得天独厚的优势，具有阈值低、线宽窄等特点。目前利用空芯光纤填充乙炔、二氧化碳、溴化氢、一氧化碳等气体，已经实现了3μm至5 μm多个波段的激光输出，代表性进展如图1所示。乙炔填充的空芯光纤气体激光器研究最为深入，实现3.1μm 21.8 W连续波激光输出，创下该类型激光器功率纪录。以溴化氢为介质的激光器则展现出卓越的宽波段输出能力，输出波段覆盖3810-4496 nm，单波长线宽小于 100 MHz，最高功率已突破10W。目前，此类激光器在一氧化碳填充下输出波长已突破4.8 μm，进一步拓展了石英基光纤激光器输出的最长波长。

图1：基于粒子数反转的空芯光纤气体激光进展。

路径二：基于受激拉曼散射，实现宽波长覆盖

与粒子数反转型激光器不同，基于气体分子的受激拉曼散射原理的空芯光纤气体激光器通过非线性频率转换，将光纤中的泵浦光转化为新波长的拉曼激光。氢气、甲烷、氘气为常用于此类激光器的气体介质，可依据不同波段激光的应用场景灵活选取。其最大优势在于输出波长灵活性极高，无需依赖特定气体吸收线。目前，该路径已实现了从紫外到中红外波段广泛的波长输出，代表性进展如图2所示。甲烷与氘气填充的激光系统，为1.5μm通信波段实现高功率、窄线宽的激光输出提供了新思路。利用氢气介质获得的拉曼激光功率已突破100 W，最长输出波长可达4.4 μm。通过采用不同气体填充的级联式结构设计，以常见的1μm波段光纤激光器为泵浦源，理论上该方案可以获得1~5μm任意波长输出。

图2：基于受激拉曼散射的空芯光纤气体激光进展。

总结与展望

随着空芯光纤制备工艺的不断突破，空芯光纤气体激光器已拓展了紫外至中红外多个波段输出，功率突破百瓦量级，凭借其波长灵活、线宽窄、功率可扩展等优势，在环境监测、激光加工、空间通信及生物医疗等领域展现出广阔前景。

展望未来，通过进一步降低空芯光纤损耗、优化高功率窄线宽泵浦源特性、引入缓冲气体并探索光谱合束技术，有望持续提升此类激光器输出功率。深入研究更多气体分子特性并尝试电激励等新型泵浦方式，探索激光波长持续拓展。突破空芯光纤与实芯的高效率、低损耗、高强度耦合技术，加速全光纤化空芯光纤气体激光器的实用化进程，为进一步应用奠定坚实基础。（来源：LightScienceApplications微信公众号）

相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41377-026-02256-y