摻鐿脈沖光纖放大器

摻雜光纖就是將微量稀土元素?fù)饺牍饫w的石英玻璃基質(zhì)中形成的具有特殊性能的光纖，其中稀土元素可將被動(dòng)傳輸光纖轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂行盘?hào)放大特性的主動(dòng)光纖，且摻稀土光纖特性都隨著摻雜稀土元素的濃度、種類、性質(zhì)的變化而變化。隨著人們對(duì)稀土摻雜光纖激光器研究的不斷深入，使其迅速進(jìn)入了實(shí)用化階段。稀土摻雜光纖激光器以其信號(hào)串?dāng)_小、損耗低以及易于耦合等優(yōu)點(diǎn)，在很多領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用，例如：光纖通信領(lǐng)域、光纖傳感、工業(yè)加工、醫(yī)療和國(guó)防等領(lǐng)域。隨著光纖耦合技術(shù)、稀土摻雜光纖技術(shù)、單模低損耗光纖技術(shù)的不斷提高，光纖激光器已在大功率激光器技術(shù)中有了突破性的進(jìn)展。在國(guó)內(nèi)外的高功率激光技術(shù)領(lǐng)域中，高峰值功率雙包層光纖激光器受到了研究人員的廣泛重視。

在激光器研究領(lǐng)域中，人們把注意力集中在輸出波長(zhǎng)為 1μm 的激光上，隨著準(zhǔn)三能級(jí)高功率光纖激光器的不斷發(fā)展，使得這種近紅外波段的激光輸出成為可能。對(duì)于摻鐿光纖激光器而言，由于鐿離子的能級(jí)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在泵浦光以及信號(hào)光波長(zhǎng)下，存在多重激發(fā)態(tài)吸收，光轉(zhuǎn)換效率高，大的能級(jí)間隔消除了非輻射弛豫時(shí)間以及濃度猝滅等，因此摻鐿光纖激光器在很多領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。

國(guó)內(nèi)對(duì)高峰值功率摻鐿光纖激光器也進(jìn)行了全面的研究。2011 年，Yu-Hao Xue 等人在 Chinese Physics Letters 上報(bào)道了關(guān)于高功率被動(dòng)鎖相四路摻鐿光纖放大器的研究結(jié)果，經(jīng)多級(jí)放大，光纖陣列的最大相干輸出功率為 1062W，通過(guò)主振蕩功率放大系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和被動(dòng)相位系統(tǒng)的帶寬調(diào)整，可以獲得高功率、高光束質(zhì)量輸出。

北京工業(yè)大學(xué)與天津大學(xué)基于石墨烯可飽和吸收體一同研究了被動(dòng)鎖模、被動(dòng)調(diào)Q 的摻鐿光纖激光器。實(shí)驗(yàn)中，研究小組分別采用環(huán)形腔和線形腔進(jìn)行研究。當(dāng)采用環(huán)形腔結(jié)構(gòu)，抽運(yùn)功率為 2.3W 時(shí)，激光輸出功率為 170mW，單脈沖能量為 163nJ；當(dāng)采用線形腔時(shí)，利用石墨烯被動(dòng)調(diào) Q，輸出激光平均功率為 12mW，單脈沖能量為46nJ。

2012 年，國(guó)防科技大學(xué)光電科學(xué)與工程學(xué)院，采用主振蕩放大技術(shù)，成功實(shí)現(xiàn)了主振蕩器輸出功率為 12W，放大器抽運(yùn)功率為 747W 時(shí)，獲得了 525W 高功率放大激光輸出，且光-光轉(zhuǎn)換效率 70%。

2013 年，深圳大學(xué)對(duì)高功率全光纖摻鐿皮秒光纖激光器進(jìn)行了研究，輸出中心波長(zhǎng)為 1063.7nm，脈寬為 10.2ps，重復(fù)頻率為 281.7MHz，平均功率為 7.14mW 的脈沖激光。

同年，北京郵電大學(xué)張志強(qiáng)從理論和實(shí)驗(yàn)上對(duì)高功率摻鐿光纖激光器進(jìn)行了全面研究。采用主振蕩功率放大方式，測(cè)得了 915nm 和 976nm 泵浦激光器的平均功率和激光斜率效率。

北京工業(yè)大學(xué)對(duì)高重頻高峰值功率亞納秒摻鐿光纖激光進(jìn)行了研究，獲得重頻為400kHz，脈寬為 960ps，中心波長(zhǎng)為 1064.5nm，激光輸出功率為 100mW 的激光脈沖，此時(shí)單脈沖能量為 22μJ，峰值功率為 23kW。

2014 年，北京理工大學(xué)基于雙包層調(diào) Q 光纖激光器的速率方程，搭建了全光纖化高功率線偏振摻鐿脈沖光纖激光器，得到了泵浦功率為 38.4W 時(shí)，激光重復(fù)頻率為40kHz，脈沖寬度為 30ns，輸出功率為 29.8W 的偏振激光，其激光光束質(zhì)量因子可達(dá)1.32。

另外，國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)的宋銳等人基于線形腔，對(duì)半導(dǎo)體可飽和吸收鏡被動(dòng)鎖模皮秒脈沖摻鐿光纖激光器進(jìn)行研究，獲得了半導(dǎo)體可飽和吸收鏡(SESAM)的物理參量對(duì)鎖模脈沖特性的影響，以及 SESAM 的非飽和損耗對(duì)激光平均功率的影響。同年，深圳大學(xué)對(duì)氧化石墨烯被動(dòng)鎖模摻鐿光纖激光器多脈沖現(xiàn)象進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，實(shí)驗(yàn)獲得了矩形脈沖諧波鎖模、耗散孤子諧波鎖模、準(zhǔn)諧波鎖模，利用 2nm 的窄帶濾波器對(duì)增益帶寬進(jìn)行限制，同時(shí)誘導(dǎo)多脈沖現(xiàn)象的產(chǎn)生。

中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所在光纖激光器的輸出功率上有了新的突破，2013 年，研究了 1.5kW 近單模全光纖激光器，在改進(jìn)光纖熔接技術(shù)的前提下，使抽運(yùn)光功率達(dá)到 1.16kW，其斜率效率為 87.3%，中心波長(zhǎng)為 1080nm；2014 年，該研究小組研制了 1μm 波段的摻鐿光纖激光器，其衍射極限輸出功率為 20kW，多橫模輸出功率可達(dá) 100kW。