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《電子科技》2014年第五期

1摻銩光纖激光器研究進展

近年來，隨著光纖器件的發展，光纖激光器也獲得了長足的進步，而摻Tm3+光纖激光器以銩離子獨特的優勢及輸出2μm波長激光的廣泛應用獲得更加迅猛的發展。自1998年S.D.Jackson與T.A.King首次報道高功率雙包層摻Tm3+石英光纖激光器以來，2μm光纖激光器得到了迅速的發展，迄今為止摻銩光纖激光器的發展主要集中在高功率方面。

1.1國外發展現狀國際上2.0μm波段摻銩光纖激光器的研究和應用進展迅速。2009年，美國GregoryD.Goodno等人通過4級放大的手段得到了600W單頻摻銩光纖激光器，其具有相位噪聲低和光束質量好的特點，輸出波長為2040nm，其實驗裝置如圖3所示，由一個種子光源，3級放大組件，以及后面的雙端泵浦摻銩光纖激光器組成，790nm的泵浦光通過透鏡耦合系統進入增益光纖內包層。2010年美國Nufern公司在西部光子學會上報道了輸出功率1kW的摻銩連續光纖激光器，該激光器通過二級放大實現高功率輸出，實驗裝置如圖4所示，一級放大和二級放大均用6個LD泵浦源經過合束器對摻銩光纖進行泵浦。2011年PhilippHübner，ChristelleKieleck等人通過主動鎖模的方式獲得了高功率的亞納秒量級的摻銩光纖激光器。當其重復頻率為37.88MHz時，產生激光脈寬為38ps，單脈沖能量達314nJ。其實驗裝置如圖5所示，增益介質是2.6m長的摻銩光纖，用兩個LD對摻銩光纖進行雙端泵浦，且在左端加入一個高反鏡，并在其后置一個聲光調制器，對產生的激光進行鎖模，而將產生的激光從右側輸出。2012年MichaelEckerle，ChristelleKieleck等人通過調Q鎖模在重復頻率60kHz時獲得了單脈沖能量8μJ，峰值功率2.4kW的摻銩光纖激光器。其實驗裝置如圖6所示，用兩個LD對摻銩光纖進行雙端泵浦，增益光纖最左端放一高反鏡，高反鏡后放一聲光調制器進行鎖模，其后放置標準具，標準具后放置聲光Q開光對產生的激光進行調Q。

1.2國內發展現狀2008年張云軍等人用中心波長為792nm的LD對82cm長的摻銩光纖進行泵浦，獲得了2.4W線寬為50pm、波長1936.4nm連續激光輸出。實驗裝置如圖7所示，其前腔鏡為一二色鏡，對泵浦光高透，產生激光高反，用一低反射率的FBG作為輸出鏡。其具有線寬窄、連續輸出穩定等優點。2010年唐宇龍，許琳等人通過使用聲光開關獲得線寬25nm，輸出激光波長為2020nm的摻銩脈沖光纖激光器。所使用的摻銩光纖長度為6m，激光器的斜率效率可達到52%。其脈沖重復頻率從500Hz～50kHz可調諧，其最大單脈沖能量超過10mJ，最大峰值功率為138kW，激光器M2=1.01。同年林可楓和張廣等人通過使用40cm長的新型雙包層摻釹鎢亞碲酸鹽光纖獲得了1.12W的2μm連續激光。實驗裝置如圖8所示，其實驗采用中心波長為800nm的激光器進行端面泵浦，并用光纖介質鏡作為前腔鏡垂直，增益介質末端垂直切割，用其4%的菲涅爾反射作為輸出鏡。2011年劉江等人將石墨烯作為可飽和吸收體，研制出2.0μm石墨烯被動調Q摻銩全光纖激光器。當抽運功率為1.3W時，得到穩定的重復頻率為44kHz的調Q激光脈沖輸出，平均輸出功率約為2.9mW脈沖寬度為3.0μs。2012年，北京工業大學劉江等人采用二級放大結構實現了20W全光纖結構摻銩皮秒脈沖激光輸出。實驗裝置如圖9所示，該摻銩皮秒脈沖光纖激光器由種子源和兩級摻銩光纖放大器組成。摻銩光纖主放大級主要包括隔離器、多模半導體激光器、(6+1)×1的多模抽運合束器和摻銩雙包層光纖等組成。其最大平均輸出功率為20.7W，激光斜率效率為42%，可獲得最大峰值功率為11.2kW。

2摻銩光纖激光器的應用

摻銩光纖激光器與傳統2.0μm固體激光器相比具有體積小、易集成、攜帶方便及效率高等優點，又因2.0μm波段激光覆蓋了1.88μm、1.91μm和2.41μm的3個重要分子吸收帶，所以應用廣泛。水分子在2.0μm有較強的吸收峰，將摻銩光纖激光器作為激光手術刀具有良好的止血性。由此同時2.0μm波段的激光是人眼安全波段，且覆蓋大氣通信窗口，所以其可應用在激光雷達、遙感探測等領域。此外，該激光通過光參量振蕩可產生3～5μm，8～12μ中紅外波段，因此其可作為產生中紅外激光的光源。

3總結與展望

近年來摻銩光纖激光器的研究主要集中在鎖模、調Q及短脈沖激光器等方面，以期獲得更高的峰值功率、更窄的脈沖激光輸出。如何獲得高功率的摻銩光纖激光器是近年來的研究熱點。隨著光纖器件的發展，例如FBG、光纖聲光調制器以及新型材料石墨烯的發展使摻銩光纖激光器在短脈沖方面也有了長足進步。在連續激光器方面，因泵浦源功率的限制，以及光纖熔接耦合匹配問題和散熱問題，功率只能達到百瓦量級。所以人們希望在連續激光器上有更大的提升，為了獲得更高功率的連續激光器主要方法是通過提高泵浦源的功率以及二級放大等。隨著新型摻銩光纖的研制以及激光技術的發展，能夠相信高功率摻銩光纖激光器的產品化將指日可待。

作者：劉波波鄧澤懷單位：西安電子科技大學理學院