光纤激光研究进展范文

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《电子科技》2014年第五期

1掺铥光纤激光器研究进展

近年来，随着光纤器件的发展，光纤激光器也获得了长足的进步，而掺Tm3+光纤激光器以铥离子独特的优势及输出2μm波长激光的广泛应用获得更加迅猛的发展。自1998年S.D.Jackson与T.A.King首次报道高功率双包层掺Tm3+石英光纤激光器以来，2μm光纤激光器得到了迅速的发展，迄今为止掺铥光纤激光器的发展主要集中在高功率方面。

1.1国外发展现状国际上2.0μm波段掺铥光纤激光器的研究和应用进展迅速。2009年，美国GregoryD.Goodno等人通过4级放大的手段得到了600W单频掺铥光纤激光器，其具有相位噪声低和光束质量好的特点，输出波长为2040nm，其实验装置如图3所示，由一个种子光源，3级放大组件，以及后面的双端泵浦掺铥光纤激光器组成，790nm的泵浦光通过透镜耦合系统进入增益光纤内包层。2010年美国Nufern公司在西部光子学会上报道了输出功率1kW的掺铥连续光纤激光器，该激光器通过二级放大实现高功率输出，实验装置如图4所示，一级放大和二级放大均用6个LD泵浦源经过合束器对掺铥光纤进行泵浦。2011年PhilippHübner，ChristelleKieleck等人通过主动锁模的方式获得了高功率的亚纳秒量级的掺铥光纤激光器。当其重复频率为37.88MHz时，产生激光脉宽为38ps，单脉冲能量达314nJ。其实验装置如图5所示，增益介质是2.6m长的掺铥光纤，用两个LD对掺铥光纤进行双端泵浦，且在左端加入一个高反镜，并在其后置一个声光调制器，对产生的激光进行锁模，而将产生的激光从右侧输出。2012年MichaelEckerle，ChristelleKieleck等人通过调Q锁模在重复频率60kHz时获得了单脉冲能量8μJ，峰值功率2.4kW的掺铥光纤激光器。其实验装置如图6所示，用两个LD对掺铥光纤进行双端泵浦，增益光纤最左端放一高反镜，高反镜后放一声光调制器进行锁模，其后放置标准具，标准具后放置声光Q开光对产生的激光进行调Q。

1.2国内发展现状2008年张云军等人用中心波长为792nm的LD对82cm长的掺铥光纤进行泵浦，获得了2.4W线宽为50pm、波长1936.4nm连续激光输出。实验装置如图7所示，其前腔镜为一二色镜，对泵浦光高透，产生激光高反，用一低反射率的FBG作为输出镜。其具有线宽窄、连续输出稳定等优点。2010年唐宇龙，许琳等人通过使用声光开关获得线宽25nm，输出激光波长为2020nm的掺铥脉冲光纤激光器。所使用的掺铥光纤长度为6m，激光器的斜率效率可达到52%。其脉冲重复频率从500Hz～50kHz可调谐，其最大单脉冲能量超过10mJ，最大峰值功率为138kW，激光器M2=1.01。同年林可枫和张广等人通过使用40cm长的新型双包层掺钕钨亚碲酸盐光纤获得了1.12W的2μm连续激光。实验装置如图8所示，其实验采用中心波长为800nm的激光器进行端面泵浦，并用光纤介质镜作为前腔镜垂直，增益介质末端垂直切割，用其4%的菲涅尔反射作为输出镜。2011年刘江等人将石墨烯作为可饱和吸收体，研制出2.0μm石墨烯被动调Q掺铥全光纤激光器。当抽运功率为1.3W时，得到稳定的重复频率为44kHz的调Q激光脉冲输出，平均输出功率约为2.9mW脉冲宽度为3.0μs。2012年，北京工业大学刘江等人采用二级放大结构实现了20W全光纤结构掺铥皮秒脉冲激光输出。实验装置如图9所示，该掺铥皮秒脉冲光纤激光器由种子源和两级掺铥光纤放大器组成。掺铥光纤主放大级主要包括隔离器、多模半导体激光器、(6+1)×1的多模抽运合束器和掺铥双包层光纤等组成。其最大平均输出功率为20.7W，激光斜率效率为42%，可获得最大峰值功率为11.2kW。

2掺铥光纤激光器的应用

掺铥光纤激光器与传统2.0μm固体激光器相比具有体积小、易集成、携带方便及效率高等优点，又因2.0μm波段激光覆盖了1.88μm、1.91μm和2.41μm的3个重要分子吸收带，所以应用广泛。水分子在2.0μm有较强的吸收峰，将掺铥光纤激光器作为激光手术刀具有良好的止血性。由此同时2.0μm波段的激光是人眼安全波段，且覆盖大气通信窗口，所以其可应用在激光雷达、遥感探测等领域。此外，该激光通过光参量振荡可产生3～5μm，8～12μ中红外波段，因此其可作为产生中红外激光的光源。

3总结与展望

近年来掺铥光纤激光器的研究主要集中在锁模、调Q及短脉冲激光器等方面，以期获得更高的峰值功率、更窄的脉冲激光输出。如何获得高功率的掺铥光纤激光器是近年来的研究热点。随着光纤器件的发展，例如FBG、光纤声光调制器以及新型材料石墨烯的发展使掺铥光纤激光器在短脉冲方面也有了长足进步。在连续激光器方面，因泵浦源功率的限制，以及光纤熔接耦合匹配问题和散热问题，功率只能达到百瓦量级。所以人们希望在连续激光器上有更大的提升，为了获得更高功率的连续激光器主要方法是通过提高泵浦源的功率以及二级放大等。随着新型掺铥光纤的研制以及激光技术的发展，能够相信高功率掺铥光纤激光器的产品化将指日可待。

作者：刘波波邓泽怀单位：西安电子科技大学理学院