科研学术

　　近日，我校光电科学与工程学院刘永团队韦晨教授指导的本科生曹家宁在国际顶级光学期刊Optics Express上发表论文《Modeling and optimization of cascaded lasing in a holmium doped fluoride fiber laser with efficient output at 3.92 µm》。我校光电科学与工程学院为论文第一单位，曹家宁同学为论文第一作者，韦晨教授为论文通讯作者。该工作通过在构建的仿真模型中首次引入级联激光方案并进行参数优化，在理论上提升了3.92 μm波段掺钬InF3光纤激光器的输出性能。

　　中红外光纤激光器在医疗、环境监测、食品安全等民用领域以及红外对抗等国防领域都有着广泛用途，而现阶段其发展的关键方向及难题即工作波段向着长波方向的拓展以及输出功率的提高。面对上述科学问题，该研究从排空激光下能级、促进集居数反转的角度出发提出了级联激光的方案并进行了理论研究，该数值仿真工作将促进实验上实现具有更好输出性能的3.9 μm波段光纤激光器。

图1. (a)能级结构；(b)谐振腔结构

　　在论文中，首先建立了基于四阶龙格库塔算法的光纤激光器仿真模型，而后通过仿真预实验结果与报道中的输出结果的良好吻合印证了仿真中各参数的合理性。随后通过改变泵浦方式（前向、后向）以及优化谐振腔参数（光纤长度、腔镜反射率等）逐步对于光纤激光器的输出性能进行优化。通过理论计算，最终在9 cm长的重掺钬的InF3中可以获得最高1.275W的直流输出，该数值主要受限于产热。相较于原始方案，新提出的级联激光的方案在阈值功率（从4.3W降低至2.5W）、斜率效率（从10%提升至17%）以及产热（降低40%）方面都有较明显改善。

图2. (a)优化前后输出特性曲线对比；(b)优化前后端面产热情况对比

　　本论文研究工作由光电学院2019级本科生曹家宁通过学院“光引未来”科研育人计划与韦晨教授取得联系并在韦老师指导下独立完成。在该计划中，有科研兴趣的本科生能够获得与学院老师直接沟通的渠道，在老师面对面的亲切指导下快速熟悉科研工作并为后续深造培养科研兴趣、打好思维基础。该研究同时以《3.9微米掺钬氟化物光纤激光器室温运转性能基本研究》为题入选了2021年电子科技大学校级大学生创新创业项目，曹家宁为项目主持人及项目唯一成员。该大创项目现已优秀结题。

　　《Optics Express》是OSA旗下的光学领域顶级学术期刊，主要报道光学和光子学领域的科学和技术创新文章，以及有关光的科学和工程及其对可持续能源发展、环境和绿色技术影响的研究，影响因子为3.83，中科院分区SCI二区Top期刊。

　　论文链接：https://doi.org/10.1364/OE.468463