综述：基于χ(2)的非线性频率转换技术在光纤激光器中的最新进展

《Advanced Photonics Research》：Recent Advances in χ(2)-Based Nonlinear Frequency Conversion of Fiber Lasers

非线性频率转换光纤激光器在可见与中红外波段的研究进展。基于χ2的非线性转换技术，结合传统稀土掺杂光纤激光器、随机光纤激光器、超荧光光纤光源和超快光纤激光器，实现了高效、宽调谐的可见与中红外激光生成，拓展了显示技术、生物医学、激光导星等领域的应用。

　　近年来，激光技术在多个领域中扮演了至关重要的角色，尤其是在可见光和中红外（MIR）波段的激光器方面。这些激光器因其在显示技术、生物医学、激光引导星系统、非线性光学等领域的广泛应用而成为不可或缺的工具。为了满足对高性能可见光和中红外激光日益增长的需求，非线性频率转换技术逐渐成为研究热点。该技术能够提供灵活的波长调谐能力、高转换效率以及高输出功率，使得基于光纤激光器的非线性频率转换系统具备广阔的发展前景。

非线性频率转换是指利用非线性光学材料的特性，将一个波长的激光转换为另一个波长的光辐射过程。其中，基于二阶非线性响应（χ2）的频率转换方法，如二次谐波产生（SHG）、和频产生（SFG）、差频产生（DFG）和光学参量振荡（OPO）等，已被广泛应用于可见光和中红外波段的激光生成。这些技术不仅能够扩展光纤激光器的输出波长范围，还能够实现高效率、高稳定性和高功率的激光输出，从而满足各种应用场景对激光性能的严格要求。

在可见光频率转换方面，常见的做法是利用光纤激光器作为基频光源，通过非线性晶体实现波长的倍频转换。例如，掺镱光纤激光器（YFLs）通常在1–1.1微米波段工作，其高效率和高功率特性使其成为可见光频率转换的理想选择。通过使用周期性极化锂钽酸盐（PPLN）等非线性晶体，可以有效地将基频激光转换为可见光波段，如532纳米的绿光。此外，利用双波长光纤激光器作为基频光源，通过非线性频率转换方法，可以生成多种颜色的激光，如红光、绿光和蓝光，以满足不同应用的需求。

在中红外波段的激光生成中，差频产生和光学参量振荡是主要的技术手段。通过将基频激光与另一个波长的激光在非线性晶体中进行差频产生，可以生成较长波长的中红外激光。而光学参量振荡器则利用非线性晶体中的参量增益效应，将基频激光转换为可调谐的中红外激光。这些方法在生物医学成像、分子检测和材料加工等领域中具有重要应用价值。

除了传统的光纤激光器，近年来还出现了一些新型的光纤激光器，如随机光纤激光器（RRFLs）、非相干和可调谐光谱的超荧光光纤光源（SFSs）以及超快光纤激光器。这些新型激光器在非线性频率转换中展现出独特的性能优势。例如，随机光纤激光器可以通过分布式瑞利散射效应实现波长的灵活调谐，同时具备低噪声和高转换效率的特点。而超荧光光纤光源则能够提供宽谱范围的光辐射，适用于需要宽谱光源的非线性频率转换应用，如太赫兹辐射生成和高精度傅里叶变换光谱分析。

此外，超快光纤激光器在非线性频率转换中的应用也取得了显著进展。这类激光器能够产生超短脉冲，通过非线性晶体实现广谱范围的频率转换，适用于需要宽带和相干光源的领域，如红外显微镜、蛋白质结构分析和远程气体检测等。通过调整超快光纤激光器的泵浦波长、脉冲宽度和重复率等参数，可以实现对转换后光谱范围的灵活控制，从而满足不同应用场景的需求。

总的来说，基于非线性频率转换的光纤激光器技术在可见光和中红外波段的应用中展现出了巨大的潜力。无论是传统的光纤激光器，还是新型的光纤激光器，其在非线性频率转换中的应用都为各种高精度、高稳定性和高功率的激光系统提供了重要的技术支持。随着技术的不断进步，未来基于非线性频率转换的光纤激光器有望在更多领域中发挥重要作用，推动相关技术的发展和应用。