新型高掺铥硅酸盐玻璃光纤及其光纤激光的研究

具有高稀土离子掺杂浓度的有源光纤一直以来是高性能单频光纤激光器的核心,选用硅酸盐玻璃材料制作高掺杂有源光纤可以有效提升光纤增益。通过高温熔融工艺制备了铥离子掺杂浓度为8 wt.%的高掺杂硅酸盐玻璃,测试了其光谱特性和荧光寿命,并根据McCumber理论计算玻璃的受激发射截面。采用管棒法制备光纤预制棒,拉制出尺寸为7/125μm的高掺铥硅酸盐玻璃光纤。基于低损耗的异质光纤熔接,测试了该光纤的增益特性,并分别采用2 cm和8 cm的新型掺铥光纤搭建线形腔光纤激光器,获得百毫瓦的1 950 nm激光输出。研究表明,在8 wt.%的高浓度掺杂下,铥离子在文中的新型硅酸盐光纤基质中具备良好的发光能力,这种国产高掺杂玻璃光纤在实现高性能单频光纤激光器方面具有明显优势。

掺铥镧铝硅酸盐玻璃光子晶体光纤制备及光学特性

镧铝硅酸盐玻璃具有稀土离子溶解度高、热稳定性好等优异的光学性能和优良的物理化学性质,其部分物理化学性质与石英相近,易与石英玻璃结合进行特种光纤制备,被认为是一种理想的激光玻璃基质材料.本文采用传统高温熔融法成功研制出一系列不同浓度Tm^(3+)掺杂镧铝硅酸盐玻璃,以掺铥镧铝硅酸盐玻璃为纤芯,采用管棒堆叠法制备出掺铥双包层光子晶体光纤.实验研究了掺铥镧铝硅酸盐玻璃及其光纤的吸收、荧光、激光等光学特性,研究结果表明,掺铥镧铝硅酸盐玻璃及其光子晶体光纤适于2μm波段激光输出,为2μm波段高功率光纤激光器的研究提供了一种新的途径.

高浓度掺铒/镱铒共掺硅酸盐玻璃丝的净增益测量

室温下测量了两种高浓度掺杂硅酸盐玻璃丝的净增益随抽运功率、玻璃丝长度的特性曲线,在100mW功率抽运下,掺铒质量浓度为0.19g/cm3的硅酸盐玻璃丝的单位长度净增益为1.96dB/cm,阈值功率为36mW,最佳长度为4.5 cm;掺镱质量浓度为1.1g/cm3、掺铒质量浓度为0.12g/cm3的镱铒共掺硅酸盐玻璃丝,单位长度净增益为3.07dB/cm,阈值功率为28mW,最佳长度为2.5 cm。结果表明,在厘米长度量级上可获得近10dB的净增益。镱铒共掺硅酸盐玻璃丝的净增益随抽运功率增长未出现饱和趋势,说明镱作为敏化剂可以改善掺铒光纤放大器的增益特性。

10kW峰值功率高脉冲能量全光纤结构2μm掺铥光纤激光器

基于增益开关技术在高掺杂浓度掺铥光纤中获得了稳定的2μm种子脉冲激光,输出激光中心波长为1 979.4 nm,脉冲重复频率在1～100 kHz之间可调,输出脉冲宽度变化范围为60～200 ns.采用两级掺铥光纤放大器对该种子脉冲激光进行放大实验,当种子脉冲激光重复频率为20 kHz时获得最大输出平均功率为17.2W,输出光谱没有观察到明显的放大自发辐射噪声.最大功率输出时,脉冲宽度为82 ns,对应单脉冲能量为0.86 mJ,脉冲峰值功率高于10 kW.

2μm高功率掺铥光纤激光器研究进展

掺铥光纤激光器不仅具有光纤激光器结构简单、光束质量好、效率高和易于操作等特点,其输出的2μm中红外波段还可广泛应用于各个领域。本文以铥元素的光谱吸收特性和能级结构为基础,讨论了三种泵浦掺铥光纤(TDF)激光器的方法,并对其各自优缺点进行了对比;然后分析了TDF激光器的国内外研究状况,总结了国内TDF激光器发展相对滞后的原因;最后提出了影响TDF激光器工作性能的主要因素及其今后的发展方向。

高功率掺铥光纤激光器及其在生物组织切割中的应用

搭建了一个连续波高功率掺铥光纤激光器,并进行了生物组织切割研究。利用自制光纤光栅搭建了线形腔掺铥光纤激光种子源,种子源输出波长为1941.10 nm,光信噪比为75 dB,50 min内的波长抖动和功率抖动分别小于0.04 nm和0.265 dB,斜率效率和最大输出功率分别为5.6%和186 mW。基于主振荡功率放大结构,分别搭建了前置光放大器和主光放大器,两放大器的斜率效率分别为14.3%和35.86%,经过两级放大后得到21.9 W的激光输出。利用经光束整形后的激光光束进行了生物组织切割实验。设计了多组实验观察该激光器在不同功率和移动速度情况下,切割深度的变化情况。实验表明该掺铥光纤激光器具有良好的切割作用,在生物医学领域具有应用潜力。

掺铥石英玻璃的制备与光谱性能研究

2.0μm波段激光在军事、遥感、医疗等领域具有重要应用价值。文章以95SiO_(2)-4.5Al_(2)O_(3)-0.5Tm_(2)O_(3)为配方,通过将溶胶凝胶法和高温熔融法,成功制备了掺铥石英玻璃样品,并测试了样品的物理及光谱性能,计算了相关参数指标。玻璃的密度为2.307 g/cm^(3),1900 nm处的折射率为1.4415,铥离子掺杂浓度为3.60×10^(-19)cm^(-3),794 nm处的吸收截面为1.747×10^(-19)cm^(2),2.0μm处的透过率为85.5%,1850 nm处的发射截面为6.07×10^(-20)cm^(2),荧光寿命为370μs,羟基含量为1.57×10^(18)cm^(-3),光谱性能良好,相关方法及结果为掺杂石英玻璃的制备提供了技术路线。

高功率窄谱宽1915 nm掺铥光纤激光器研究

开展了1915 nm高功率、高效率、窄谱宽输出的掺铥光纤激光器(TDFL)研究。基于全光纤主振荡功率放大(MOPA)结构,采用40 W的793 nm半导体激光器泵浦纤芯直径25μm的双包层大模场面积(LMA)掺铥光纤,获得了最高功率12.1 W的1 915 nm窄谱宽连续种子激光输出。将8 W种子光注入掺铥光纤放大器,在793 nm激光泵浦功率为142.9 W时,获得了平均功率90 W的激光输出,其中心波长为1 915.051 nm,3 d B谱宽仅为94 pm,斜率效率为60.2%,光-光转换效率达63.0%。该系统在40 min运行考核时间内输出激光稳定性良好。

全光纤高功率被动锁模掺铥光纤激光器

利用非线性光环形镜(NOLM)的可饱和吸收特性实现了可自启动的2μm全光纤高能量被动锁模掺铥光纤激光器。当泵浦功率大于3W时,激光器工作在连续或不稳定脉冲运转状态;泵浦功率达到4.69W后,输出为自启动锁模脉冲,重复频率4.26MHz,中心波长2 061.5nm,光谱半极大宽度18.1nm,平均输出功率8.8mW;继续增加泵浦功率到最大值7.56W,可以得到中心波长2 062.2nm、光谱半极大宽度17.1nm、斜率效率为6.2%、脉冲宽度和能量分别为424fs和65.6nJ的稳定锁模脉冲。这是目前已报道的在未经放大情况下脉冲能量最高的2μm锁模脉冲光纤激光器。

2μm高功率掺铥连续光纤激光器研究进展

掺铥光纤激光器体积小、结构紧凑、光束质量优秀、散热性能好,近十年间广泛应用于医疗、探测、工业等多个领域。主要介绍近十年高功率掺铥光纤激光振荡器和放大器的主要研究进展。在改善热效应管理方面,介绍了关于同带抽运、分段泵浦、调整掺杂浓度等几种方案。通过使用多级放大和高功率激光合束,以及更有效的热管理是目前实现更高输出功率的主要方向。

高功率连续掺铥光纤激光器研究进展及展望

2μm高功率掺铥光纤激光器(thulium doped fiber lasers, TDFL)在激光测距、激光雷达及医疗检测等领域有重要应用。本文主要梳理了高功率连续TDFL的国内外最新研究进展,介绍了连续TDFL的发展现状,总结了高功率TDFL功率提升的主要限制因素,并从热效应、非线性效应及模式不稳定性3个方面进行了分析。最后,提出采用新型泵浦结构、优化增益光纤的结构设计、研制高品质光纤耦合器和高亮度泵浦源等方法可进一步提高2μm高功率TDFL掺铥光纤激光器的综合输出性能。

基于MOPA结构与高能量种子源的高功率皮秒掺铥光纤放大器（英文）

以单脉冲能量更高的孤子激光器为种子源,通过主振荡放大技术,获得了2μm波段的高功率、皮秒脉冲激光器.该种子源是一个被动锁模的光纤激光器,通过优化、管理激光器谐振腔内的色散,获得了脉冲宽度为50ps、重复频率为55.6 MHz、谱宽约为21nm的高能量孤子脉冲输出.利用单模光纤在2μm波段的负啁啾色散特性,在进行功率放大之前将作为种子源的激光脉冲宽度展宽至600ps.最后,经过两级放大之后,获得平均功率约23 W、脉宽为660ps的激光输出.利用光栅对,对放大后的激光脉冲进行压缩,经测试压缩后的脉冲宽度约为0.9ps.

共掺氧化镱对掺铋硅酸盐玻璃的发光性能调控

掺铋玻璃及其光纤材料在近红外（中心波长1300nm）具有200-400nm的超宽带发光特性，是用作超宽带光纤放大、可调谐激光以及飞秒激光的理想基质材料。武汉光电国家实验室李进延教授带领的新型光纤材料与器件团队从事新型光纤材料与器件的前沿研究。

2μm波长高功率掺铥光纤激光器

介绍了2μm波长高功率掺铥光纤激光器的基本原理,重点分析了其国内外研究的发展现状,梳理了2μm波长高功率掺铥光纤激光器的技术发展趋势,根据其特点分析了2μm波长高功率掺铥光纤激光器在传感和光谱分析、医疗和材料加工等方面的应用前景。

中科院上海光机所：掺铥双包层碲酸盐玻璃光纤获得2μm 1．12W激光输出

近日，中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光单元技术研发中心胡丽丽研究员、张军杰研究员课题组承担的科技部863项目“2μm稀土掺杂激光玻璃光纤研制项目”工作取得突破性进展。该研究组利用自行研制的铥单掺双包层碲酸盐玻璃光纤，

上海光机所掺铥双包层碲酸盐玻璃光纤获得2μm 1.12W激光输出

2010年7月,中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光单元技术研发中心胡丽丽研究员、张军杰研究员课题组承担的科技部863项目2007AA03Z441“2μm稀土掺杂激光玻璃光纤研制项目”工作取得突破性进展。该研究组利用自行研制的铥单掺双包层碲酸盐玻璃光纤,首次实现800nmLD泵浦下－2μm瓦级激光输出,输出功率达到1.12W,创造了目前碲酸盐玻璃光纤中－2μm激光输出的最高纪录。

530 W全光纤结构连续掺铥光纤激光器

采用改进的化学气相沉积工艺结合溶液掺杂法制备了掺Tm^3+石英光纤预制棒,并拉制成纤芯/包层尺寸约为25/400μm的双包层掺Tm^3+光纤,通过电子探针显微分析测得其中Tm2O3和Al2O3的浓度分别为2.6 wt%和1.01 wt%,在793 nm处测得的包层吸收为3 dB/m.基于上述大模场掺Tm^3+光纤,搭建了一个高功率全光纤主振荡功率放大结构的掺Tm^3+光纤激光器,窄线宽掺Tm^3+种子源经过一级放大后,最高输出功率达到530 W,对应的斜率效率为50%,输出激光的中心波长为1980.89 nm.实验中没有观察到明显的放大自发辐射和非线性效应,输出功率仅受限于抽运功率.该结果为目前国内2μm波段全光纤结构激光器实现的最高输出功率,验证了国产掺Tm^3+石英光纤在高功率系统中的可靠性.

高吸收锗硅酸盐掺铋光纤及其增益性能研究

目前基于掺铒光纤放大器(EDFA)的光纤通信骨干网络仅能有效利用C+L波段(1524~1625 nm)。在E+S波段,锗硅酸盐掺铋光纤可进一步扩展放大器的增益带宽,具有重要研究价值,但其过长的使用长度严重制约了其应用。报道了一种高吸收锗硅酸盐掺铋光纤,其使用长度得到大大缩短,同时具有高增益。基于前向泵浦结构测试了掺铋光纤的增益性能,泵浦功率和波长分别为367 mW和1310 nm,输入信号总功率为-20 dBm。结果表明,50 m长的光纤在1414~1479 nm实现了大于20 dB的增益,65 m长的光纤的增益在1450 nm处达到最大(33 dB),单位长度增益系数达0.51 dB/m。研究结果证明了锗硅酸盐掺铋光纤在WDM光纤通信网络中的实际应用潜力。

Yb^(3+)掺杂双包层光子晶体光纤制备研究

本文报道了国内自行研制和制备的以高功率光子晶体光纤激光器为目标的Yb3+掺杂双包层光子晶体光纤。给出了Yb3+掺杂多组分玻璃芯棒和以此为芯的双包层光子晶体光纤的制备流程、工艺和关键技术。对制备的Yb3+掺杂多组分玻璃、双包层光子晶体光纤进行一系列的物理属性、热学和光谱测试,并通过计算分析得到相对优秀的掺杂多组分玻璃配方(Yb3+-(2mol%)-SiO2(70mol%)-MgO-CaO-BaO-Li2O-Al2O3(2mol%))。样品中的Yb3+掺杂双包层光子晶体光纤具有结构规则传光性能良好等优点,为自行开发高功率光子晶体光纤激光器提供材料器件基础。

2μm高功率激光器用掺铥石英光纤研究进展(特邀)

近年来,2μm高功率掺铥光纤激光器发展迅猛,其输出功率已突破千瓦量级,并在医疗、军事安全、空间通信、大气污染检测、材料加工等领域快速形成应用布局。然而,光纤热效应、模式不稳定及非线性效应严重限制了掺铥光纤激光器输出功率的进一步提升。本文从铥离子在2μm波段的光谱特性以及掺铥光纤的结构、材料设计等方面简要介绍了近年来用于2μm高功率激光器的掺铥光纤的研究成果,并对掺铥石英光纤及其激光器技术的未来趋势进行了展望。