高效率掺Tm^3＋双包层光纤及光纤激光器的研制.pdf

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1、物理学报ActaPhys．Sin．Vo1．63，No．1(2014)014209高效率掺Tm3+双包层光纤及光纤激光器的研制冰邢颍滨叶宝圆蒋作文戴能利李进延十(武汉光电国家实验室(筹)，武汉430074)(2013年8月10日收到；2013年9月17日收到修改稿)掺Tm。+光纤激光器有着广泛的应用前景，而掺Tm。+光纤是其核心与关键．本文采用改进的化学汽相沉积(MCVD)工艺和气相液相复合掺杂技术，在MCVD机车上实现了掺Tm。+石英光纤预制棒的制备，并制备了掺Tm。+石英双包层光纤(芯包比为10／125)．利用

2、上述光纤搭建直腔型全光纤激光器，在波长为793nm的LD抽运下，获得激光光谱中心波长为2002nm，最大的激光输出功率30．7W，光纤斜率效率为59．32％．关键词：掺Tm。+双包层光纤，掺Tm。+光纤激光器，斜率效率PACS：42．81．Bm，42．55．wd，42．55．xi，42．81．CnDOh10．7498／aps．63．014209M0<1．05士0．03，这是目前最高功率的单模、单1弓I言频光纤激光器【7J．2010年Q—peak公司Moulton等人利用MOPA技术，采用20／400的TDF，实现

3、了近年来光纤激光器在军事、工业加工、光通信大于lkW的连续单模激光输出，中心波长为2045等应用领域发展非常迅猛，凭借着其转换效率高、nm，斜率效率达到53．2％，这是目前报道的TDF散热性能好、光束质量优良、可调谐范围大、稳定性激光器最高的输出功率[6]．国内2010年上海光机良好等优点逐渐取代传统固体激光器【，．由于掺所报道了100W级的高功率增益开关TDF激光Tm光纤激光器所发射的2“m波段激光处于水器【12_，西安光机所报道一种高功率可调谐的2um分子吸收峰且对人眼安全，再加上掺Tm3+光纤激波段光纤激光

4、器，波长范围为1821-1930nm，连续光器的抽运源(793nm半导体激光器1应用已经非激光功率输出达60．8W，斜率效率为46％[6】．2009常成熟，所以它在生物医学、医疗手术、工业加工、年北京交通大学报道一种采用”湿法”f液相1掺杂军事等方向有着广泛的应用前景，拓宽了光纤激光方法的国产掺Tm3+光纤，并获得了工作波长1947器的应用范围．此外大气雷达探测的应用需要可靠nm、功率2．05W的激光输出【1o]．2012年哈尔滨的2m波段激光【3]．而且2m激光又是3—5m工业大学报道一种对双包层大芯径光纤光栅

5、反射光参量振荡的有效抽运源]，因此，越来越来多的率和纤芯折射率调制估算的方法，制成光纤光栅，注意力被吸引到掺Tm3+光纤和掺Tm3+光纤激光应用到全光纤化掺Tm3+光纤激光器，得到l5．5w器的研究领域中．的1950．3nlTI激光输出，斜率效率为37．9％[11】．最近几年国内外掺Tm3+光纤激光器发展很国内的光纤激光器的输出功率和斜率效率都快，在连续激光和脉冲激光都取得非常大的成不高，这极大程度上要归结于掺Tm3+光纤的性能果[6-13J．2009年NorthorpGrumman公司报道不良．掺Tm3+光纤是

6、激光器中最核心的材料，其一种低相位噪声、单模、单频TDF激光器，采用制备技术仅掌握在国外少数几家公司手中，由于涉25／400的双包层TDF，输出功率为608W，中心及到军事领域的应用，掺Tm3+光纤的制备技术国波长2040nm，线宽小于5MHz，激光光束质量产化是非常有必要的．}国家高技术研究发展计划(批准号：2013AA031501)和武汉光电国家实验室主任基金资助的课题十通讯作者．E-mail：ljy@mail．hust．edu．an◎2014中国物理学会ChinesePhysicalSociety^ttp：

7、／／wulixb．hy．ac．c礼014209—1物理学报ActaPhys．Sin．Vo1．63，No．1(2014)014209本文利用气相一液相复合掺杂的方法，制备了沉积，折射率回升，重复此过程，折射率出现波动的掺Tin3+双包层光纤的过程，光纤纤芯直径10m，现象．数值孔径0．14；内包层直径125m，数值孔径0．46，横截面为八边形．并用上述光纤搭建掺Tm0+光纤激光器，利用793nmLD作为抽运源，进行了光纤长度优化、激光光谱采集、激光输出功测试率等试验．最后获得2002nm左右的激光输出，最大输出功率

8、30．7W，光纤斜率效率59．32％．2掺Tm3+双包层光纤的制备制备掺Tm3+光纤预制棒可采用液相掺杂或气相掺杂的方法，但在传统的稀土离子的掺杂方图2气相一液相复合掺杂(Tm。+)光纤预制棒折射率剖法中，由丁受到实验审环境和工艺，存在一些问题，面图比如Tm3+掺杂浓度高，如果掺杂掺杂浓度过大，容易发生浓度猝灭甚至析晶；Tm3+掺杂浓度不均3实验结果与分析匀影响光纤的激光