S. D. Jackson, Mid-infrared fiber laser research: Tasks completed and the tasks ahead. APL Photonics 9 (7): 070904 (2024).
从光纤中产生近红外以外更长波长的光本质上是一个材料科学问题。发射近红外光的光纤激光器已发展成为激光领域的前沿颠覆性技术，或许在光学领域也是如此。这一事实得到了少数参数的支持，如高可性靠、高效率的近红外二极管激光泵浦源的普遍使用及结实的超低损耗稀土掺杂硅酸盐光纤的高产量。正是后者主要与中红外产生有关；硅酸盐光纤在中红外波段不透明，这意味着必须开发新的高透明玻璃。特定的制造方法也得到了改进，例如棒管法和双坩埚法，从而生产出对波长超过2.5 µm的光足够透明的光纤。中红外光纤开发的关键问题之一是，制造透明玻璃所需的前体材料都是固体，与用于硅酸盐光纤气相生产（化学气相沉积）的商业光纤级前体相比，商业衍生材料几乎总是具有较低的纯度。与污染前体的过渡金属盐相比，SiCl4的蒸汽压更高，这增加了纯度的差异。全球在解决这一问题同时减少玻璃和光纤生产过程中的污染上取得了喜忧参半的成功。这就是为什么研究人员在中红外功率提升方面与近红外相比进展相对较慢的原因之一。
基本上有三种中红外透明玻璃，它们能够支持稀土离子，并被制造成极低损耗光纤。这些玻璃是重金属氧化物、氟化物和硫化物。这些玻璃具有足够低的最大声子能量，以允许相对紧密的能级以大于1%的发光效率发出荧光。迄今，研究人员发表了大量研究这些玻璃的光谱和玻璃形成的报告。在应用方面，这三种玻璃都擅长以低光衰减在中距离上传输光。然而，作为稀土激光发射的主体，氟化物玻璃已成为唯一能够满足振荡器内高光学增益和低损耗所需的严格光学参数的玻璃。尽管经过多年的努力，稀土掺杂的重金属氧化物和硫化物对激光器研究的影响力并没有达到稀土掺杂氟化物的程度。值得庆幸的是，最近的开创性成果正在慢慢改变这一局面。
重金属氧化物是一种工艺成熟的玻璃家族，但迄今为止，制成损耗最低的光纤的最大声子能量对于中红外发射来说仍太高。最能说明这一问题的例子是亚碲酸盐，它可能是最成熟的重金属氧化物。最大声子能量约为800 cm-1，对于超过3 µm的光发射来说能量太大。另一个问题与这些玻璃中含有氧气有关，氧气会吸引氢气在玻璃中产生OH-。考虑到这组玻璃几乎不可能发射超过3 µm的激光且OH-的基频吸收位于3 µm以下的区域，这种双重挑战意味着成功在中红外发射的亚碲酸盐基激光器很少见。尽管存在这些挑战，但正在开展大量工作来开发具有较重阳离子的玻璃，这样，较低的最大声子能量与严格的制造条件相结合，可以将波长推到这个极限之外。过去几年，这一领域出现了一些突破性的成果。
硫化物玻璃是一个深厚而广泛的玻璃家族，几十年来一直是许多中红外光子学研究领域的基础。迄今，研究人员研究了大量的二元、三元和四元硫化物玻璃系统，其中许多正在进行全面的商业开发，例如用于基底、窗户和透镜的ZnSe和GeSbSe。当试图在保持高光学透明度的同时掺杂稀土硫属化物玻璃时，就会出现问题。这一直是这一系列玻璃面临的主要挑战，因为掺杂会导致难以去除的缺陷。这些缺陷包括产生散射的气泡。氢也很容易扩散到玻璃中并附着在硒或硫原子上，在中红外的高频部分形成强烈的吸收。这个问题也很难解决，但使用吸气剂和先进的蒸馏方法取得了一些好的进展，近年来取得了一些重要突破。硫属化合物加工的进步也导致了第一个单模硫属化物光纤耦合器的出现，这是对全光纤系统的重大突破。稀土掺杂硫属玻璃光纤能否接过接力棒，将氟化物玻璃系统的优异性能扩展到4 µm以上，这仍是一个悬而未决的问题。激光泵浦充气空心硅酸盐可能为功率级中红外发射问题提供了一种有趣的解决方案，过去几年发表了大量成果。因此，当谈论中红外激光器时，必须区分增益介质的固态和气态。之后的氟化物玻璃在中红外固态激光器研究领域取得了成功。它们（相对）容易允许足够水平的稀土掺杂，同时保持低损耗。这意味着可以拉制产生数10 m长的高质量，提供高达4 µm的高效中红外发射。至少有三家公司提供商用级氟化物光纤，这意味着研究和应用中红外激光器数量稳步增长。氟化物玻璃作为中红外激光器的主要材料的成功也得益于这些可以相对容易地进行深加工，以实现鲁棒稳定的布拉格光栅、端盖、接头和耦合器。后一种特性阻止了稳定高功率产生和全光纤环形激光器的大量成果出现。氟化物玻璃光纤和其他玻璃（包括硅酸盐和硫属化物）制成的光纤之间的拼接正逐渐成为常态。这意味着光可以从泵浦源待“在光纤中”从泵浦源到应用，从而提高了系统的可靠性。氟锆酸盐玻璃是最成熟的氟化物玻璃，其玻璃化转变温度低至260 °C，这是导致该玻璃整体功率限制的一个基本限制。事实上，二氧化硅的低玻璃化转变温度是全中红外传输玻璃光纤的基本限制。如何进一步推动氟化物系统的功率？从单个振荡器来看，可能已经达到了极限，但是，借鉴近红外的发展，光束组合提供了一个明显的前进方向。中红外光纤激光器研究在更宽的光纤激光器研究领域中处于什么地位？如上所述，与材料纯度、低玻璃化转变温度和大的量子缺陷相关的基础问题意味着，与近红外中可以产生的输出功率相比，中红外光源的输出功率相形见绌。这种比较很容易在图1中看到，在功率衰减率约为3.5 µm-1的情况下，光纤激光器的输出功率从1 µm的峰值呈指数级下降（输出功率指数的功率衰减率约为23 µm-1，发射波长从1 µm的峰值开始减小）。尽管存在挑战，但近年来，由于氟化物玻璃成熟的后加工能力，激光器在2.5-4 µm波段的输出功率达到了瓦级。![]()
图1 二极管泵浦全固态光纤激光器的连续波输出功率与发射波长的关系。实垂直线是电磁波谱命名区域之间的边界，虚垂直线表示掺氟玻璃光纤激光器发射的电流限制。
自上次对该领域进行综述以来的几年里，基于氟化物玻璃的光纤激光器在三个主要领域继续发展：推动基于氟锆酸盐的2.8 µm和3.55 µm发射系统的功率和效率以及开发一系列基于稀土掺杂氟碘酸盐玻璃光纤的新型中红外系统，这些正在稳步商用化。氟化物光纤在中红外光纤激光器发展领域的重要性导致发表了关于该主题的综述论文。这些综述主要集中在氟锆酸盐光纤上，这是最发达和最通用的。
对于3 µm区域的激光运转，众所周知，大气水蒸气扩散到光纤中造成的尖端损坏严重限制了输出功率。这个问题也阻碍了对功率提升的努力，几年前从单个振荡器获得的41.6 W的创纪录功率在氟锆酸盐系统中很可能会保持一段时间。封端光纤尖端已被证明是将光纤尖端损坏延长到更高功率水平的最有效方法。尽管存在功率限制，但其他领域仍取得了稳步进展。最近，使用封端技术证明了单端泵浦振荡器的最高功率和倾斜效率约为33%。为了进一步增加连续波功率，当涉及需要间歇连续波功率的应用时，降低占空比是一种可行的替代方案。当泵浦波长偏移到980 nm时，可能会出现70 W的峰值准连续波功率水平，性能会得到改善，980 nm距离上激光水平的泵浦激发态吸收的峰值截面更远。使用更长的1.72 µm泵浦波长，针对较低的激光水平，并利用该水平的泵浦激发态吸收来实现反转，是一种有趣的替代激发方法，尽管需要创建额外的光纤（泵浦）激光器来发射1.72 µm，这会严重损害墙插效率。这种方法的真正好处在于，通过发射较长波长近红外光的中间泵浦系统，将与二极管泵浦相关的近红外到中红外量子缺陷产生的热负荷进行分配。结合放宽对输出光纤中高铒离子浓度的需求，这种方法显著降低了最终氟化物掺杂光纤的热负荷。这导致了接近60%的显著高倾斜效率。观望这种方法是否可以挑战目前2.8 µm下近42 W的功率记录。例如，由于大气传输窗口对点对点自由空间通信的重要性，大量的研究兴趣集中在将系统的功率提升到波长3 µm以上。近年来，功率在3.55 µm时达到了近15 W。这种高性能光纤系统的一个关键特征是将硅酸盐与氟化物光纤拼接在一起，最先的成果使用电弧熔融拼接，然后使用热熔拼接。这些拼接意味着可以创建真正的全光纤系统，从而大大提高了可靠性和整体效率。正是这种特殊的能力支撑了高达4 µm的氟化物光纤激光器所展现的高性能。应用驱动的进一步推动发射波长的需求使氟碘酸盐玻璃光纤蓬勃发展，并主导了近4 µm发射的中红外光纤激光系统的增益模块的组成。自2018年引入中红外光纤激光器领域以来，它在与中红外氟化物光纤系统相关的发射带的长波长和短波长区域都展示出了潜力。最近，由于改进了掺钬双包层氟碘酸盐光纤，氟碘酸盐玻璃在3.92 µm处的功率已达到1.7 W。尽管有所改善，但与散射相关的损耗似乎主导了泵浦光损失；测量到散射比掺钬离子在888 nm处的泵浦光吸收强近2.5倍。很明显，氟碘酸盐玻璃中10 mol%的高浓度钬离子会导致玻璃的均匀性问题。显然，随着对4 µm振荡器和放大器需求的推动，制造得到了改善，预计未来功率水平将超过10 W。对氟碘酸盐玻璃作为主体的兴趣的增长也导致了最近大量的论文，包括专门涵盖氟碘酸盐玻璃和光纤制造、激光和非线性系统的许多方面的综述。稀土掺杂氟碘酸盐光纤激光器现在可以在氟化物光纤激光器的整个中红外发射带上发射，输出功率几乎都超过1 W。例如包括发射2.7 µm的铒离子、发射2.9 µm的钬离子和发射3.5 µm的铒离子，到发射3.92 µm的全光纤实现。氟碘酸盐玻璃的下一个重要步骤是证明其功率水平等于或高于氟锆酸盐玻璃的功率水平，氟锆酸盐玻璃是一种受端损耗限制的玻璃，因此，可以充分测试氟碘酸盐玻璃所谓的改善的耐环境性能，并获得氟化物玻璃光纤的更高功率限制。此外，使用氟碘酸盐光纤克服目前氟化物光纤激光器4 µm发射极限的任务尚未完成。数值模拟研究似乎表明，使用脉冲泵浦是可能的。最近关于从氟铝酸盐基玻璃中产生中红外激光发射的工作可能有助于解决环境不稳定的问题；然而，与这种玻璃相关的更高的最大声子再次阻碍了超过约3 µm的有效发射。
对稀土掺杂硫属玻璃的制备和分析的研究已经跨越了几十年。一段时间以来，学术界认为，在振荡器内保持增益介质所需的低光损耗的同时，制造一种能够支持足够稀土掺杂水平的硫属化物玻璃可能很难。对于硫属化物玻璃中的许多稀土元素，测量到的光学增益远超过了4 µm氟化物激光发射的极限，但直到最近，激光发射仍是虚幻的。2020年，当使用Er:YAG激光器在5.2 µm波长下对掺铽的Ge36Ga5Se59玻璃进行激光泵浦，并在2.94 µm波长上进行泵浦时，有了重大突破。使用InSb光电二极管对输出脉冲特性的测量揭示了类似激光的作用；然而，输出能量估计为数10 μJ水平，低于功率检测限值。铽离子的一个关键问题是7F5-7F6跃迁的发射光谱和吸收光谱之间存在非常强的重叠。这项研究估计，需要接近50%的粒子数反转才能产生增益，这意味着泵浦可能引起材料损伤。
对纤芯泵浦掺镝ZBLAN光纤激光器的研究表明，需要沿长度集成相当大的反转比例才能达到阈值（用于激光器的掺镝氟锆酸盐光纤的泵浦端的泵浦吸收饱和）。这种反转要求迫使激光器研究集中在强纤芯泵浦上并实现了尚未展示的双包层中红外系统。如图2所示，铽离子的吸收与发射光谱的重叠程度更为显著，这意味着的强纤芯泵浦也是必不可少的。
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图2 掺镝氟锆酸盐和掺铽GeGaSbSe玻璃的吸收（红线）和发射（蓝线）的归一化截面随波长的变化。
2021年，研究人员使用连续波铥光纤激光泵浦，使铽离子在Ga3.2Ge24.9As15.3Se56.6玻璃光纤中以5.38 µm的波长发射激光。同样，观察到脉冲输出，输出功率和脉冲能量太低而无法测量。这些研究的一个关键结果是，稀土掺杂的三元和四元硫属化物玻璃可以制成足够无污染物的激光振荡玻璃。就这点而言，使用连续波铥激光泵浦，掺铽的硫属化物光纤的玻璃纯度最终足以得到150 mW的相对较高的平均功率。再次，输出由一系列持续时间为2-5 μs的不同脉冲组成，据推测，这源于能量上转换过程，该过程因铽离子某种程度的聚集而增强。最近，铈受到了希望从硫属玻璃掺杂光纤中产生激光的研究人员的最大关注。2021年，研究人员实现了两次掺铈硒化物玻璃光纤的激光发射。这些实现使用发射略大于4 µm波长的Fe:ZnSe或量子级联激光器对铈离子跃迁进行带内泵浦。这两种玻璃都是由GeAsGaSe或GeSbGaSe玻璃芯组成的四元硒化物玻璃。在GeAsGaSe光纤的连续波量子级联激光泵浦下，阈值和输出光谱变窄的证据表明可能存在激光作用；然而，功率测量是不可能的。在使用Fe:ZnSe激光器的更强脉冲泵浦条件下，从GeSbGaSe光纤测量到高达500 μJ的输出。这些最初的实现仍受到制造过程中强的氢扩散到玻璃中的影响。Se-H和Ge-H键的键振动共振发生在比激光发射波长短5 µm的峰值波长处；然而，这些吸收是如此强烈和广泛，以至于在5.0-5.3 µm的激光波长下，长波尾吸收仍然存在困难。
通过增加泵浦和优化谐振腔条件，可以在更好的脉冲泵浦条件下将输出提高到35 mJ。这项研究再次扩展到使用Fe:ZnSe泵浦激光器的连续波发射，产生约1 mW输出功率和2%的倾斜效率。这些结果最近被提高到17%的倾斜效率和7 mW的输出功率。在连续波泵浦条件下，与总是自脉冲的铽离子系统相比，铈离子可以获得真正的连续波输出。因此，可以理解的是，至少在所制备的浓度下，铈离子不容易受到例如能量上转换引起的可饱和吸收机制的影响。使用块体形式的硫属化合物晶体激光器来泵浦光纤形式的硫属化合物玻璃激光器的想法是一种绝佳的组合，这将支撑未来在功率和波长扩展方面的研究。然而，很明显，未来的进展将严重依赖于解决氢扩散问题，解决与光纤纤芯-包层边界点缺陷相关的问题，并严格提高可实现的最大稀土掺杂水平。利用先进的蒸馏方法消除二元和三元硒化物玻璃中Se-H污染的最新进展是一种非常有前景的方法。此外，单模光纤耦合器的发展将缓解与硫属玻璃相对较高的折射率相关的大反射损耗的一些问题。这些耦合器已经导致了硫属化物环形光纤激光器和光学参量振荡器的出现。
如上所述，氟锆酸盐玻璃的水蒸气扩散问题是妨碍中红外功率提升的主要限制因素之一。这一直是支撑新材料开发的驱动因素之一。对亚碲酸盐玻璃和光纤的制造、测量和测试的研究有着悠久的历史，可能与中红外光子学本身一样悠久，但直到最近，真正的中红外激光才从亚碲酸盐光纤中实现。使用掺铒的TeO2-WO3-La2O3-Bi2O3玻璃的准连续波二极管包层泵浦，在2.72 µm处获得了270 nJ的最大脉冲能量。一个关键特征是在制造过程中保持非常干燥的条件。然而，如上所述，亚碲酸盐玻璃的最大声子能量很高，这意味着测量到的上激光能级寿命仅为110 μs，比下能级寿命短了约30倍。这将对未来的效率和功率扩展目标产生严重后果。虽然最近的一次展示表明性能有所提高，以约5%的倾斜效率产生了500 μJ且正在开发其他重金属氧化物玻璃组合物，但达到与氟化物玻璃系统相称的功率水平和效率是一项艰巨的任务，在未来一段时间内，2.5-4 µm之间的区域将由氟化物玻璃激光系统主导。
晶体增益介质通常比玻璃具有一些优势，例如，更大的横截面、更高的材料均匀性、更低的散射、可能更好的中红外透明度和更高的导热性。因此，研究人员开展了开发晶体纤芯光纤的研究，这些光纤可以为这些特性增加光纤几何形状的好处，即良好的热管理和导光性能的控制。一般来说，晶体纤芯概念有三种表现形式：单晶光纤、晶体纤芯和晶体包层，以及晶体纤芯和玻璃（通常是二氧化硅）包层。
单晶光纤的历史最悠久，主要使用微下拉或激光加热基底生长方法制造。前一种方法是从装有熔融物的坩埚底部的孔中拉出晶体光纤，后一种方法则涉及从晶体预制棒中拉出光纤，该预制棒的顶部或底部使用CO2激光器加热。在中红外激光方面，直径为2 mm、2.79 μm的Er:YSGG晶体光纤最近以11%的倾斜效率产生了166 mW的激光。为了更好地导光，可以使用液体外延法添加一个晶体包层，这种包层通常是未掺杂的基质材料，它同样能为泵浦光提供引导，从而实现对纤心的包层泵浦。包层也可以使用无黏性连接和组合波导连接到蓝宝石上的矩形纤芯上，以实现高效的热量提取。使用这种方法，Yb:YAG可以产生高达41.6 W的功率，但缺乏使用这种方法的中红外激光。使用具有非常低声子能量的卤化物晶体作为纤心和包层材料，已显示出在中红外区域具有非常宽的透明度。保持玻璃包层可以拉制出更长的光纤。纤心材料，如半导体和晶体掺杂，可以使用熔融纤心方法结合到硅酸盐包层中，但同样，使用这种技术进行中红外激光发射需要更多的研究兴趣。当然，开发与中红外透明玻璃包层相关的制造方法是必要的。由于每种纯玻璃系统都有其独特的问题和好处，因此，研究一直在朝着复合系统的发展方向发展，在这种系统中，微小的纳米和微米级晶体均匀分散在玻璃基质中，形成一种全新的成分。该想法在于将上述晶体的优点（例如，潜在的较低最大声子能量、较大的横截面和高材料纯度）与玻璃基质的优点相结合，主要优点是其能够制成各种形状。这个诱人的任务是要创造定制的复合玻璃，这是相当困难的，因为需要将大量的因素正确地结合在一起，以形成一种适合光纤的均匀超低损耗光学复合材料。困扰这类新型光学材料开发的关键问题是，在非原位制备过程中，由于散射、不均匀性增加以及或许最为重要的微小晶体在玻璃基质中的溶解，导致了光损失的增加。然而，使用这种方法解决中红外材料问题的好处之一是，纳米级尺寸的晶体比适用于中红外光的波长小几个数量级。因此，晶体直径与波长之比很小，这意味着理论上只能在瑞利条件下考虑散射，如果根据Sellmeier近似使用正确的折射率，随着传播波长的增加，散射截面将很小，甚至可能更低。大多数关于复合材料掺杂玻璃激光发射都与氟氧化物复合材料有关，但当然，这些材料在中红外波段是不透明的。光学材料研究中这一新领域的一种方法是使用在硫属化物玻璃基质中内部生长（原位）的过渡金属掺杂硫属化盐晶体。亚碲酸盐基复合材料的结果很有趣，但也许硫属化合物（陶瓷）复合材料对中红外最有希望，因为它们具有优异的中红外透明度且可以开发出各种各样的晶体玻璃组合。例如，涉及硫化物的复合材料看起来很有前景，因为过渡金属或稀土金属离子会进入到卤化物纳米晶体中，提供了强而广泛的荧光。
由于增益和调Q光纤激光器系统本质上是连续波系统的基础扩展，因此，与连续波系统相关的所有问题都适用于这些类型的激光器，不需要进一步讨论。另一方面，超快光纤激光系统涉及高度可变的复杂光学布置，性能受许多参数的影响。当然，所有脉冲系统都受益于纤心面积的增加，从而可以发射更高的脉冲能量。
超快中红外振荡器继续围绕铒离子的两次激光跃迁发展，铒离子是中红外领域研究和开发最多的离子。最近大多数值得注意的报道涉及2.7-2.8 µm的跃迁，脉冲宽度通常直接从振荡器缩小到<200 fs的水平。迄今为止，只有关于铒离子3.55 µm跃迁用于超快脉冲发射。产生最短脉冲的机制仍然涉及非线性偏振旋转，这是一种以中红外透明商用偏振光学器件的广泛可用性为基础的方法。平均功率水平已增加到2 W以上，使用掺铒的氟锆酸盐光放大器可以将脉冲宽度缩短到100 fs以下。放大器中的自相位调制拓宽了光谱，从而将脉冲压缩到83 fs。峰值功率水平可能超过350 kW，由于涉及较大的峰值功率，拉曼频移（向较长波长）在放大器部分非常常见。
为了进一步缩短脉冲，放大器的输出可以发射到高非线性的氟锆酸盐光纤中，以再次利用孤子自压缩，这是由于高强度在小芯径（6.5 µm）纤芯中传播的结果。可以使用振荡器腔内的Martinez展宽器和放大器前使用的另一个展宽器来管理色散，并使用CaF2波片补偿残余的啁啾。这些光学排列变得越来越复杂，但脉冲可以压缩到16 fs且可以产生跨度为1.8-3.8 µm的令人印象深刻的宽光谱。这些系统的关键问题之一是使用体光学器件，这意味着光进出光纤，这对光学效率有很大影响。例如，对于非线性氟锆酸盐光纤中的脉冲压缩，发射效率最大仅为36%。不幸的是，这些高性能的超快系统目前还无法从现在已经相当成熟的软玻璃拼接能力中受益，而这些技术在高性能连续波系统中是经常使用的。
全光纤系统是长期稳定性和实验室外现场使用的关键。有许多超快光纤激光器的配置可以在光纤中进一步开发，包括非线性光学环形镜和9字腔。然而，当然，未来的全光纤超快系统将取决于中红外透明光耦合器的发展。硫属化合物和氟锆酸盐耦合器的最新进展看起来很有希望。真实可饱和吸收体的发展也可能导致全光纤超快系统。事实上，当涉及可饱和吸收体时，全光纤配置将是至关重要的，因为与中红外可饱和吸收体锁模相关的一个关键问题是，例如，当腔内存在大气水蒸气时，水蒸气的吸收线可能会截断腔内脉冲的带宽，从而将脉冲宽度限制在>1 ps。由于这种效应，几乎所有可饱和吸收体锁模系统的脉冲在中红外比在近红外产生的脉冲更长，这一事实在中红外光学界被低估了。将中红外可饱和吸收体锁模系统制成全光纤将有助于缓解这一问题。
数十年来，中红外光纤激光器的发展主要集中于将纯玻璃预制棒拉制成损耗最低的光纤，并作为激光二极管输入功率的函数优化效率和输出功率。与近红外区域所达到的功率相比，输出功率水平要低得多。一种潜在的颠覆性技术是基于激光泵浦气体的。填充高纯度气体并使用例如高功率硅酸盐光纤激光器进行光激发的二氧化硅空心光纤有可能解决中红外功率提升问题。早期的综述显示，可以开发出多种气体，以产生高达4.76 μm的发射。基于气体的方法与基于固态的方法相比的一个关键优势是，气体中的热透镜效应和材料损伤阈值比固体中的要高得多。在室温以上的气体中也没有与玻璃化转变温度相关的。这些特性使得气体激光器在功率提升方面比固态激光器具有更大的潜力。然而，这种功率提升的潜力是以成本为代价的：系统架构明显更加复杂，而且失去了“全光纤”配置的优势。真正的技术突破利用由许多空气孔组成的光纤，这些空气孔是由薄壁玻璃结构制成。通过光子带隙或反谐振效应保持引导，这意味着几乎所有的光都在气体中被引导，很少有光与玻璃相互作用。因此，使用空心气体光纤激光器进行中红外发射使用了二氧化硅结构——一种对波长超过3 µm的光完全不透明的材料。拉曼位移脉冲泵浦光可以产生增益；然而，对于涉及粒子数反转的气体跃迁，连续光泵浦就足够了。迄今为止，乙炔在3.1 µm处产生了7.9 W的最高连续光输出功率。这是由工作在1.5 µm的掺铒光纤放大器泵浦种子产生的。将这一概念扩展到更长的波长通常会降低输出功率。例如，使用掺铥光纤放大器泵浦的HBr气体填充空心光纤在4.16 μm处产生了3.1 W的功率。铥光纤放大器也用于激发CO2气体产生波长达4.43 µm的激光。最近，当系统在超荧光模式下运行时，这一结果在4.3 µm波长提升到6.6 W，倾斜效率高达17%。这些突破性的结果已经达到了瓦级，这意味着未来几乎可以肯定会有更高的功率和效率以及显著的波长扩展。当这些系统的发射波长更深入中红外时，将在中红外领域取得真正的进展，因为空心气体光纤激光器的当前发射波长完全在固态的范围内。空心气体激光纤光器技术的局限性包括使用相对较窄的频率泵浦源、需要种子放大器泵浦装置以及需要在两端使用带窗口的气室。这些腔室进一步连接到源气瓶、真空泵、阀门和压力表，使这些系统比固态方案更复杂。
中红外光谱区域现在充满了由光纤产生的高效和强大的光源。商业上制造的氟化物玻璃光纤具有非常低的损耗，支撑了高达4 μm的连续波和脉冲发射。在这种情况下，在达到这一光谱极限的同时，生产可靠的>10 W输出功率的任务基本上已经完成。至少有两家商业实体提供这些光源，一旦光纤后加工的专业知识变得更加普遍，将会有更多的公司加入。在氟化物玻璃发射带内，不断有由新材料制成的光纤正在接受测试，以努力规避氟锆酸盐的水蒸气扩散问题，这个问题在未来可能被证明是所有氟化物玻璃的通病。迄今为止，这些系统的性能还没有动摇氟化物玻璃光纤（尤其是氟锆酸盐）在这一波长带中的地位。与二氧化硅相比，所有为中红外开发的软玻璃都具有相对较低的玻璃化转变温度和较低的化学纯度。这意味着，与近红外相比，中红外中单个振荡器的功率水平总是低几个数量级。尽管如此，许多应用仍然受益于可以产生的10 W功率水平。自稀土掺杂硫属玻璃光纤产生近红外激光发射以来的大约25年里，这种玻璃终于被开发出来产生中红外激光发射，尽管其功率水平比氟化物玻璃光纤低几个数量级。由于这种玻璃中存在的小带隙，直接用二极管泵浦通常是不可能的，因此，开发基于二极管泵浦的中红外块状和光纤固态源的泵浦源，结合先进的前驱体纯化技术，使得氟化物发射极限远超过1 μm。这是一项重大成就，很可能会推动更多的研究，以提高应用所需的功率水平。对中间泵浦的需求在分散热量负担方面是有益的，因为通常涉及到的量子缺陷很大。虽然非线性频率转换通常是产生中红外光的首选方法，但现在光学有了更高效的选择。总之，在从简单的二极管泵浦掺杂光纤装置中获取中等功率的中红外光的追求中，许多任务已经完成。现在，光学中的中红外光纤激光器领域已经成熟，数十年来取得了许多成功且有许多应用受益。但仍有许多任务有待完成。将光纤源的功率和效率推高到超过掺氟玻璃光纤4 μm的发射极限以及将大多数中红外光纤激光器系统过渡到全光纤配置，只是两个重要的例子。
