1 中国科学院精密测量科学与技术创新研究院磁共振波谱与成像全国重点实验室（中国科学院），湖北 武汉 430071
2 华中科技大学武汉光电国家研究中心，湖北 武汉 430074
3 中国科学院大学，北京 100049
磁场量子传感器（超导量子干涉仪、激光泵浦型原子传感器、金刚石氮-空位色心等）利用量子效应对磁场进行精密测量。激光泵浦型原子传感器具有灵敏度高、体积小、功耗低和易维护的优点，已成为当前快速发展的一个研究领域。激光泵浦型原子传感器已被应用于核磁共振领域，用来获取物质更精确的核磁共振波谱以及实现特殊条件下对样品的测量。特别地，在延伸至零场-超低场（磁感应强度B<1 μT）的核磁共振研究中，激光泵浦型原子传感器展现出了许多重要应用特性，拓展了人们对生物、化学物质更精细结构的探测和解析能力，进而使得核磁共振测量与研究覆盖了高场（B>1 T）、低场（μT<B<1 T）和零场-超低场（B<1 μT）整个工作磁场范围。本文简要介绍了基于激光泵浦型原子传感器的零场-超低场核磁共振的基本原理和相关技术，包括核磁样品的极化增强（强磁场热极化、激光泵浦极化、动态核极化、仲氢诱导极化等）以及传输、编码和探测等，综述了近几年来基于激光泵浦型原子传感器的核磁共振研究进展，并展望了该技术的发展趋势和应用前景。
医用光学 零场-超低场核磁共振 激光泵浦型原子传感器 样品极化增强 波谱 磁共振影像
1 武汉光迅科技股份有限公司，武汉 430205
2 光通信技术和网络全国重点实验室，武汉 430074
3 武汉邮电科学研究院有限公司，武汉 430074
4 中国移动通信有限公司，北京 100033
【目的】针对分布式光纤传感系统单跨传感距离受限问题，文章提出了基于远程泵浦光放大器（ROPA）遥泵技术的相位敏感光时域反射仪（φOTDR）分布式光纤传感系统。
【方法】采用偏振分集接收技术，获取彼此正交的偏振信号以解决偏振失配问题，分频带处理后抑制相干衰落与偏振衰落。应用高阶拉曼泵浦技术与级联遥泵放大技术，3个远程增益单元选取合适的增益介质长度，引入传输链路中适当位置，耦合远程泵浦单元发送的泵浦光与信号光使铒离子得到激励，实现信号光的无中继放大，解决了现有φOTDR单跨距传感距离不足的问题。
【结果】实验结果表明，采用同相正交（IQ）解调算法，压电换能器（PZT）加扰的100 Hz扰动信号可实现线性还原。
【结论】结果表明，文章所提系统可实现176.6 km超长单跨距振动信号传感，打破了现有φOTDR单跨距传感距离记录。前176 km振动曲线平稳且振幅低于0.4 rad，三维（3D）瀑布图中无扰动位置相对平稳，链路末端PZT加扰的扰动信号可准确感知。经快速傅里叶变换（FFT）处理后，100 Hz扰动信号的信噪比为8.9 dB。实验结果对于搭建超长跨距φOTDR传感系统提供了一定参考价值，对φOTDR系统的无中继超长距离传感发展具有一定意义。
分布式光纤传感技术 相位敏感光时域反射仪 远程泵浦光放大器 distributed optical fiber sensor technology φOTDR ROPA 光通信研究
2024, 50(2): 22007601
1 深圳技术大学 中德智能制造学院 先进光学精密制造技术广东普通高校重点实验室，深圳 518118
2 深圳大学 物理与光电工程学院 深圳市激光工程重点实验室，深圳 518060
3 大族激光科技产业集团股份有限公司，深圳 518103
高功率激光器在工业应用领域的需求不断增长，提高光-光转化效率是降低其生产制造成本的关键途径。针对提高激光器光-光转化效率所面临的增益介质的热负荷问题，利用锁定波长的969 nm“零声子线”泵浦、自主研制的高性能Yb∶YAG薄片晶体和48冲程泵浦系统等，搭建了高效的连续Yb∶YAG薄片激光器系统，实现了最高输出功率373 W，光-光转化效率可达73.37%。其优异性能为后续开展千瓦级超快Yb∶YAG薄片激光器研究奠定了基础。
薄片激光器 多冲程泵浦 Yb∶YAG 高效率 Thin-disk laser Multi-pass pumping Yb∶YAG High efficiency 强激光与粒子束
2024, 36(1): 011001
1 国防科技大学前沿交叉学科学院，湖南 长沙 410073
2 国防科技大学南湖之光实验室，湖南 长沙 410073
3 国防科技大学高能激光技术湖南省重点实验室，湖南 长沙 410073
研制了一款输入输出均为50 μm大芯径信号光纤的高泵浦光耦合效率、高光束质量保持的（6+1）×1反向泵浦/信号合束器。利用仿真软件分析了锥区长度、拉锥比例以及玻璃管折射率对泵浦光耦合效率的影响，纤芯轴向偏移量对信号光传输效率及光束质量的影响。合束器的制作中，使用半掺氟的薄壁玻璃管提高泵浦臂性能，泵浦耦合效率大于98.5%，无主动制冷情况下温升小于10 ℃/kW。采用包层腐蚀变径技术保证信号光纤在组束过程中纤芯不变形，并通过光束质量因子反馈对准熔接，实现了高光束质量保持的合束器的研制，光束质量退化比仅为3.4%。在合束器信号光纤尾端制作包层光滤除器并熔接端帽构成一体化器件，应用于单级主振荡功率放大结构的窄线宽激光系统中，实现了4.1 kW近单模输出，拉曼抑制比为40.5 dB。
泵浦/信号合束器 高功率光纤激光 光束质量
1 河北工业大学先进激光技术研究中心，天津 300401
2 河北省先进激光技术与装备重点实验室，天津 300401
针对梯度掺杂晶体和均匀掺杂晶体，采用数值模拟的方式分析了泵浦光束腰半径、光束质量因子（）与束腰位置对模式匹配效率的影响，并通过实验验证了不同束腰位置对激光器输出功率的影响。由计算结果得到，在不同的泵浦光参数下，与均匀掺杂晶体相比，梯度掺杂晶体均具有更稳定的模式匹配；当泵浦光为10和50，束腰半径为0.5 mm时，对于任意位置的束腰，梯度掺杂晶体的模式匹配效率都高于均匀掺杂晶体。在实验上对比分析了泵浦光不同束腰位置的输出功率，结果表明，梯度掺杂晶体的模式匹配效率受泵浦光束腰位置的影响较小。当晶体位于谐振腔中心时，在高于70 W的泵浦条件下，梯度掺杂晶体的输出功率高于均匀掺杂晶体，最高输出功率为44.8 W，与均匀掺杂晶体相比，提高了4.67%；当晶体紧贴输入镜时，梯度掺杂晶体的最高输出功率为34.0 W，与均匀掺杂晶体相比，提高了11.84%。因此，梯度掺杂晶体更适用于高功率泵浦。
激光器 梯度掺杂晶体 模式匹配 激光器理论 端面泵浦 高功率激光
1 中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光物理联合实验室，上海 201800
2 张江实验室，上海 201210
3 中国科学院大学材料与光电研究中心，北京 100049
研究了薄片激光器中晶体与热沉的封装技术和核心技术，采用薄片晶体与金刚石热沉的光胶工艺，自主设计并研制了5 mm口径的YAG/Yb∶YAG复合薄片激光模块，分析了该薄片激光模块的多通泵浦系统，建立了晶体热效应数值仿真模型，实验测量了在2.2 kW/cm2泵浦功率密度、940 nm泵浦波长下薄片晶体的热焦距为445.6 mm；采用基于光胶工艺封装的薄片激光模块搭建连续激光器，在70 W泵浦功率下获得了18.75 W功率的基横模输出，斜率效率和光光转换效率分别为36.59%和26.79%。
激光器 薄片激光器 多通泵浦 热效应 连续激光器 激光与光电子学进展
2024, 61(5): 0514003
1 国防科技大学前沿交叉学科学院，湖南 长沙 410073
2 国防科技大学南湖之光实验室，湖南 长沙 410073
3 国防科技大学高能激光技术湖南省重点实验室，湖南 长沙 410073
模式不稳定是限制当前高功率光纤激光器功率提升的主要因素。在近单模光纤激光器中，一般采用减小光纤弯曲直径的方法增加高阶模损耗、提升模式不稳定阈值；然而，少模光纤激光器中存在多个高阶模式，会导致动态模式不稳定（TMI）阈值随着弯曲直径减小而降低的反常模式不稳定现象。基于纤芯/包层直径为30/600 μm的双包层掺镱光纤以及具有不同直径的光纤水冷柱，设计了一台后向泵浦的高功率光纤放大器，研究了该激光器中的反常模式不稳定现象。结果表明：当采用中心波长为976 nm的稳波长激光二极管（LD）作为泵浦源时，随着增益光纤弯曲直径由13 cm增加至16 cm，激光器的TMI阈值由1650 W提升至3740 W，提升幅度约为1.27倍，输出激光的相对亮度提升了87%。光纤弯曲直径的增加虽然会带来输出激光光束质量的轻微退化，但输出激光的相对亮度能够大幅提升。最终，结合光纤弯曲以及泵浦波长优化，实现了7.1 kW高亮度光纤激光输出，相对亮度为1293。
光纤光学 光纤放大器 反常模式不稳定 光纤弯曲 泵浦波长优化
