摻鐿雙包層光纖放大器

隨著大模場(chǎng)面積摻雜雙包層光纖和大功率半導(dǎo)體激光器(LD)的技術(shù)成熟，脈沖光纖放大器的研究也獲得了飛速發(fā)展，脈沖峰值功率越來(lái)越高。脈沖光纖放大器由于具有高光束質(zhì)量、便于熱管理、光纖輸出、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)勢(shì)，正廣泛運(yùn)用于軍事，精密加工、醫(yī)療、太空通信等多個(gè)領(lǐng)域。窄脈寬、高功率、高光束質(zhì)量的的脈沖光纖放大器已成為研究的重點(diǎn)。

04 年，英國(guó)的 Southampton 大學(xué)的 A.malinowski 等人報(bào)道了一種全光纖放大系統(tǒng)，以摻鐿光纖激光器為種子源，用兩級(jí)摻鐿雙包層光纖放大器進(jìn)行放大，最后用光柵對(duì)壓縮，在 62MHz 時(shí)獲得了 110fs，400nJ 的脈沖。 2005 年，美國(guó)的 F.D.Teodoro 和 C.D.Brooks 以調(diào) Q 的 Nd:LSB 微片激光器為種子源，通過(guò)雙包層摻鐿光纖和光子晶體光纖放大，圖 1.3 為實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)圖，在10kHz 時(shí)，獲得了 1ns，1mJ 的脈沖。

2006 年 6 月，英國(guó)南安普頓大學(xué)的 J.Kim 等人利用 W 型纖芯結(jié)構(gòu)的雙包層光纖進(jìn)行放大，實(shí)現(xiàn)了 53W，103ps 的脈沖輸出。

2007 年 A. Galvanauskas 又將 1~10ns 脈寬的種子脈沖信號(hào)經(jīng)雙級(jí)單模前置放大后，級(jí)聯(lián)兩級(jí) LMA 摻鐿光纖放大器，獲得了 M約為 1.3，峰值功率超過(guò) 5MW的脈沖輸出。

國(guó)內(nèi)一些單位也開(kāi)展了脈沖放大光纖放大器的研究。主要的研究單位有中科院上海光機(jī)所、清華大學(xué)、中國(guó)電子科技集團(tuán)第十一所和中科院西安光機(jī)所等。 2004 年，上海光機(jī)所的孔令峰等人用調(diào) Q 激光器做種子源，用雙包層摻鐿光纖作為增益介質(zhì)，在 20kHz 時(shí)放大到了 0.3mJ 的脈沖能量。 2005 年，清華大學(xué)的葉昌庚等人報(bào)道了一種脈沖泵浦的摻鐿光纖放大系統(tǒng)。以調(diào) Q 的 Nd:YAG 微片激光器為種子源，以摻鐿雙包層光纖為增益介質(zhì)，在 200Hz時(shí)，最大得到了 138.2μJ 的單脈沖能量，其脈沖寬度為 0.83ns。

綜上所述，國(guó)內(nèi)外脈沖高功率光纖放大器的實(shí)驗(yàn)研究主要采用的還是分立元器件設(shè)計(jì)，不利于提高激光器的穩(wěn)定性。本文中將采用 MOPA 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)全光纖脈沖放大結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了平均功率 2W、重復(fù)頻率 50KHz、脈沖寬度為 20ns 的窄脈沖激光輸出。

激光的產(chǎn)生是一個(gè)放大的過(guò)程。在這個(gè)過(guò)程中受激發(fā)射所占的比例遠(yuǎn)大于自發(fā)輻射。當(dāng)增益存在的條件下,受激發(fā)射所產(chǎn)生的光子繼續(xù)誘發(fā)受激發(fā)射,使受激發(fā)射光不斷增強(qiáng)。當(dāng)然最初誘發(fā)受激發(fā)射的光子源于自發(fā)發(fā)射。對(duì)于激光波長(zhǎng),流出光纖激光介質(zhì)的光子流要大于進(jìn)入這段光纖的光子流,即實(shí)現(xiàn)了光放大。

為了能產(chǎn)生激光,必須滿(mǎn)足一定的條件。第一個(gè)條件是粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。僅當(dāng)處于激光上能級(jí)的粒子數(shù)超過(guò)處于激光下能級(jí)的粒子數(shù)時(shí)才能使介質(zhì)發(fā)生受激發(fā)射,從而產(chǎn)生增益。粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的要求同時(shí)也引出了第二個(gè)條件,即粒子數(shù)反轉(zhuǎn)形成的過(guò)程要借助于光子能量較高的光源進(jìn)行抽運(yùn),而且要求參與激光工作的能級(jí)超過(guò)兩個(gè)。首先必須通過(guò)抽運(yùn)將電子激發(fā)到高于激光工作上能級(jí)的某個(gè)能級(jí)上,也就是說(shuō),抽運(yùn)光的頻率要大于激光頻率。開(kāi)發(fā)研制的光纖激光器主要采用摻雜稀土元素的光纖作為增益介質(zhì),當(dāng)采用合適的抽運(yùn)源進(jìn)行抽運(yùn)時(shí),由于光纖激光器中光纖纖芯很細(xì),在抽運(yùn)光的作用下光纖內(nèi)極易形成高功率密度,造成激光工作物質(zhì)的"粒子數(shù)反轉(zhuǎn)"。

光纖激光器的腔形可以有多種選擇。一種最常見(jiàn)的激光諧振腔-法布里一拍羅腔,它是將增益介質(zhì)置于兩片反射鐿之間構(gòu)成的。在光纖激光器中,腔鐿經(jīng)常對(duì)接禍合到光纖端面,以避免衍射損耗。該腔損耗非常小,然而,這種腔的調(diào)整較為困難,光纖端面或腔鐿稍微傾斜,就會(huì)使損耗急劇增加,允許的傾斜度小于1。這個(gè)問(wèn)題可以通過(guò)將介質(zhì)膜直接鍍到摻雜光纖的研磨拋光端面上得到解決。由于介質(zhì)膜對(duì)光纖端面的缺陷極為敏感,而且抽運(yùn)光也經(jīng)由同一腔鐿入射,所以當(dāng)抽運(yùn)光經(jīng)過(guò)聚焦且功率較高時(shí)就會(huì)損壞介質(zhì)膜。

光纖激光器的關(guān)鍵技術(shù):(1)高功率半導(dǎo)體光纖禍合輸出模塊:穩(wěn)定,長(zhǎng)壽命,小體積,無(wú)需復(fù)雜水冷系統(tǒng)的高功率半導(dǎo)體激光器光纖模塊的實(shí)現(xiàn);(2)光纖融合技術(shù):將多根多模光纖同有源光纖融合在一起,而將抽運(yùn)光幾乎無(wú)損耗的傳入有源光纖內(nèi)包層中,這種光纖幾何熔接技術(shù)使得光纖模塊的輸出能量在百瓦量級(jí),同時(shí)消除了半導(dǎo)體激光陣列集成模塊的散熱問(wèn)題;(3)光纖光柵技術(shù):在光纖上制作反射型光纖光柵雙包層光纖激光器。在高功率情況下具有長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定性能的光纖光柵制作,對(duì)于實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)便緊湊的高功率雙包層光纖激光器產(chǎn)品具有非常重要的意義。目前國(guó)內(nèi)從事光柵技術(shù)的研究單位正在開(kāi)展此類(lèi)的研究工作,而國(guó)際上對(duì)于光柵制作技術(shù)也相對(duì)比較成熟。如工GP的光纖激光器中的光柵可以滿(mǎn)足百瓦級(jí)的功率傳輸。摻鐿雙包層光纖激光器理論及實(shí)驗(yàn)研究

2.3Yb+3的光譜特性

稀土元素之一的Yb+3離子,長(zhǎng)期以來(lái)最重要的應(yīng)用只是作為敏化離子(也就是激光激活離子)與其他稀土元素離子共同摻雜,Yb+3離子吸收抽運(yùn)光子的能量后,把能量傳遞給他受主離子,如E、H等,Yb+3離子并不直接發(fā)生能級(jí)躍遷產(chǎn)生激光,而僅僅作為一個(gè)能量傳遞工具。摻Y(jié)b+3光纖激光的特性和發(fā)展從八十年代中后期開(kāi)始,Yb+3離子摻入石英或氟化物光纖中,作為一種激光介質(zhì)開(kāi)始受到人們的重視,并取得了很多進(jìn)展。

yb+3離子在摻入石英等基質(zhì)材料后,其能級(jí)發(fā)生變化,從而其吸收和發(fā)射光譜也要發(fā)生很大變化。通常由于基質(zhì)材料中電場(chǎng)的非均勻分布的影響引起Yb+3能級(jí)的stkar分裂,消除了原來(lái)存在的能級(jí)簡(jiǎn)并,從而相應(yīng)的吸收和發(fā)射光譜將出現(xiàn)精細(xì)結(jié)構(gòu)。另外一個(gè)因素就是Yb+3能級(jí)加寬。第一種是聲子加寬,當(dāng)兩個(gè)能級(jí)之間發(fā)生躍遷時(shí)將發(fā)生某種形式的能量交換,包括聲子的產(chǎn)生和湮滅。第二種加寬機(jī)制來(lái)源于基質(zhì)電場(chǎng)對(duì)能級(jí)的微擾,摻Y(jié)b+3材料只包含有兩個(gè)多重態(tài),基態(tài)2F7幾(含有4個(gè)Stark能級(jí))和一個(gè)分離的激發(fā)多重態(tài)"FS/:(含有3個(gè)Stark能級(jí),在基態(tài)以上10000c/m的位置),因此抽運(yùn)光波長(zhǎng)處和信號(hào)波長(zhǎng)處都不存在激發(fā)態(tài)吸收(由此因起抽運(yùn)效率降低);大的能級(jí)間隔(2F5/:和2F72/)也阻礙了多光子非輻射弛豫及濃度淬滅現(xiàn)象的發(fā)生。上面幾種因素引起的抽運(yùn)轉(zhuǎn)換效率的降低也會(huì)引起激光介質(zhì)熱效應(yīng)增加的問(wèn)題(Yb+3:AYG的熱效應(yīng)比Nb3+:YAG小三倍)。摻Y(jié)b+3石英光纖的吸收和發(fā)射譜帶很寬。

20 世紀(jì) 80 年代中期，光通信迅猛發(fā)展、光纖制造工藝以及半導(dǎo)體激光器生產(chǎn)技術(shù)日益成熟。特別是在 S.B.Poole 等人用改進(jìn)的化學(xué)汽相沉積法制成了低損耗的摻鉺光纖后，摻雜光纖放大器和激光進(jìn)入了一個(gè)快速發(fā)展的階段。與其他摻雜光纖相比，摻鐿光纖能級(jí)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不存在對(duì)泵浦光或信號(hào)光的激發(fā)態(tài)吸收，轉(zhuǎn)換效率高，不存在濃度淬滅;且有較寬的吸收光譜和輻射光譜。因此摻鐿光纖放大器/激光器具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。但當(dāng)時(shí)采用的摻雜稀土光纖是由纖芯和單一包層構(gòu)成，要求泵浦光必須直接耦合進(jìn)直徑僅僅為幾微米的單模纖芯中，所以對(duì)泵浦源的激光模式要求很高，且耦合效率很低。所以傳統(tǒng)的摻稀土元素的光纖激光器與放大器被認(rèn)為只能是一種低功率的光子器件。

80 年代末，美國(guó)寶麗來(lái)提出了以雙包層光纖為基礎(chǔ)的包層泵浦技術(shù)，改變了光纖放大器只能作為一種小功率光子器件的歷史，為瓦級(jí)甚至更高功率的光纖放大器的實(shí)現(xiàn)提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。雙包層光纖的研制成功以及包層泵浦技術(shù)的運(yùn)用打破了光纖激光器/放大器輸出功率低的"瓶頸"，成為制作高功率光纖激光器與放大器的首選。

1999 年 Lew Goldberg 等人采用"V"形槽耦合泵浦技術(shù)在 1060nm 處將100mW 的種子光放大到 4W 輸出;放大系統(tǒng)小信號(hào)增益為 53dB。2003 年Dennis Hammons 等人利用 NGST(Northrop Grumman Space Technology)技術(shù)獲得了單模以及近線(xiàn)偏的 150W 激光輸出。德國(guó) Jena 大學(xué) A. Liem 等人，以纖芯直徑 23μm 的大模場(chǎng)面積雙包層摻鐿光纖為增益光纖，利用注入種子光的功率放大結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了波長(zhǎng) 1064nm、線(xiàn)寬 1kHz、功率 118W 的激光輸出，相對(duì)注入抽運(yùn)光功率的斜率效率達(dá) 70%。2005 年 Adrian Carter 等人利用與 20/400 雙包層大模面積(LMA)摻鐿光纖相匹配的(6+1)*1 合束器實(shí)現(xiàn)了 200W 單頻放大輸出的全光纖化。2006 年南開(kāi)大學(xué)郭占城等人利用 Nufern 生產(chǎn)的長(zhǎng)度約為11m 的大模面積(LMA)摻鐿雙包層光纖(其芯徑 20μm ,數(shù)值孔徑為 0.06)，將 16mW 的種子光放大到 1.61W，放大后的 3dB 線(xiàn)寬為 0.027nm，保持了輸入信號(hào)光的優(yōu)良光譜特性。實(shí)驗(yàn)中為了消除端面的菲涅爾反射，LMA 光纖的兩端磨制了約 13°的傾角。

2006 年 Albert seifert 報(bào)道了一種波長(zhǎng)為 1014.8nm 的窄線(xiàn)寬，毫瓦級(jí)的雙包層摻鐿光纖放大器。種子源經(jīng)過(guò)一個(gè)隔離器和二向色鐿后，有65mw的功率被耦合到6.2米的摻鐿雙包層光纖。D 型內(nèi)包層的數(shù)值孔徑隨溫度變化，室溫下為 0.35，液氮中為 0.22。光纖端面拋8 度角，第一級(jí)放大器輸出經(jīng)過(guò)一個(gè)窄的帶通濾波器以減小 ASE，然后耦合到第二級(jí)的冷卻的鐿纖。第一級(jí)的最大輸出功率為 2.8W,且信噪比達(dá)到 30dB。為達(dá)到更高的輸出功率，將第一級(jí)功率為 1.7W 的輸出作第二級(jí)放大，得到了 5W 的輸出功率，且仍有很高的信噪比。

普通光纖激光器由于其結(jié)構(gòu)緊湊、波長(zhǎng)可調(diào)諧、散熱性好和高的轉(zhuǎn)換效率受到人們的青睞;包層泵浦技術(shù)又突破了普通光纖輸出功率上的制約;Yb3+具有簡(jiǎn)單的能級(jí)結(jié)構(gòu)、寬的吸收帶和大的發(fā)射截面，便于泵浦和獲得高的轉(zhuǎn)化效率。因此摻鐿雙包層光纖激光器除具有普通光纖激光器的優(yōu)點(diǎn)之外，又可在高功率條件下運(yùn)作，成為發(fā)展高功率激光器的重要候選?，F(xiàn)在報(bào)道的單個(gè)光纖激光器輸出功率已超過(guò) kW，完全可以和在高功率條件下使用的傳統(tǒng)的固體激光器媲美。摻鐿雙包層光纖激光器作為固體激光器家族中的一員，具有以下優(yōu)異的性能:

1) 高功率。一個(gè)多模泵浦二極管模塊組可輻射出 100W 的光功率，多個(gè)多模泵浦二極管并行設(shè)置，可允許設(shè)計(jì)出很高功率輸出的光纖激光器;

2) 模式質(zhì)量好。通過(guò)設(shè)計(jì)大纖芯和小的數(shù)值孔徑，光纖中只有幾個(gè)模式;無(wú)需熱電冷卻器。這種大功率的寬面多模二極管可在很高的溫度下工作，只須簡(jiǎn)單的風(fēng)冷，成本低;

3) 很寬的泵浦波長(zhǎng)范圍。包層光纖纖芯中摻雜了鐿元素，有一個(gè)很寬的光吸收區(qū)(900-1100nm)，所以泵浦二極管不需任何類(lèi)型的波長(zhǎng)穩(wěn)定裝置;

4) 效率高。泵浦光多次橫穿過(guò)光纖纖芯，因此其利用率高;

5) 高可靠性。多模泵浦二極管比起單模泵浦二極管來(lái)其穩(wěn)定性要高出很多。其幾何上的寬面就使得激器的斷面上的光功率密度很低且通過(guò)活性面的電流密度亦很低。這樣一來(lái)，泵浦二極管其可靠運(yùn)轉(zhuǎn)壽命超過(guò) 100 萬(wàn)小時(shí)。

摻鐿雙包層光纖激光器用于激光束的相干合成

激光束相干合成技術(shù)作為實(shí)現(xiàn)高功率激光輸出的重要途徑，在過(guò)去的 20 多年里人們已經(jīng)在這一領(lǐng)域里進(jìn)行了大量的研究，相干陣列中所用的激光器多集中在固體、半導(dǎo)體和光纖激光器。這種技術(shù)是將許多中等功率輸出的激光器組成的陣列實(shí)現(xiàn)同相輸出，實(shí)現(xiàn)大功率的同時(shí)保持優(yōu)良的光束質(zhì)量。而摻鐿雙包層光纖激光器具有的如結(jié)構(gòu)緊湊易于組束、模式質(zhì)量好等優(yōu)勢(shì)使它成為實(shí)現(xiàn)激光束相干合成的不二之選。

光纖放大器的最初出現(xiàn)是為了適應(yīng)光通訊的發(fā)展要求，而通訊系統(tǒng)中傳輸?shù)墓庑盘?hào)功率一般較低:微瓦(μW)到幾十毫瓦(mW)量級(jí)。單級(jí) EDFA 輸出的最大功率約為 23dBm，可以滿(mǎn)足傳統(tǒng)的干線(xiàn)長(zhǎng)距離光纖網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)膽?yīng)用。隨著光纖網(wǎng)絡(luò)進(jìn)一步向局域網(wǎng)、接入網(wǎng)的發(fā)展，光纖距離最終用戶(hù)的距離越來(lái)越近，很多情況下已經(jīng)是光纖直接連接到用戶(hù)。特別是隨著近年來(lái)光纖到戶(hù)(FTTH)、光纖到大樓(FTTB)、無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)(PON)、光纖有線(xiàn)電視傳輸系統(tǒng)的大規(guī)模鋪設(shè)應(yīng)用。在這些新興系統(tǒng)中，用戶(hù)數(shù)從幾百到幾千甚至上萬(wàn)個(gè)，功率預(yù)算非常高，這對(duì)光纖放大器的輸出功率提出了更高的要求。EDFA 雖然成功應(yīng)用在了長(zhǎng)途干線(xiàn)傳輸系統(tǒng)中，但在上述新型網(wǎng)絡(luò)形態(tài)下輸出功率遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能達(dá)到系統(tǒng)要求。采用多臺(tái) EDFA 級(jí)聯(lián)可以提高輸出功率，但必然增加系統(tǒng)成本、復(fù)雜性并降低系統(tǒng)可靠性，同時(shí)會(huì)附加更多的自發(fā)輻射(ASE)噪聲，使得系統(tǒng)性能劣化。另外在越來(lái)越多的激光加工、激光打標(biāo)、激光武器、空間激光通訊、非線(xiàn)性頻率變換方面，需要幾瓦到幾百瓦高功率連續(xù)或峰值功率在千瓦(kW)到兆瓦(MW)的脈沖激光輸出，迫切需要能夠支持高功率放大信號(hào)輸出的光纖放大器。

EDFA 的增益光纖采用的是纖芯摻入鉺離子的普通單模光纖，纖芯直徑在8~10μm 之間，包層直徑一般為 125μm，泵浦光和信號(hào)光同時(shí)在纖芯中傳輸。要提高 EDFA 的輸出功率，可以提高泵浦功率，但由于纖芯直徑很小，數(shù)值孔徑也較小(0.1~0.2)，導(dǎo)致能夠有效耦合進(jìn)入纖芯的泵浦功率僅為幾百毫瓦左右;另一方面，可以通過(guò)提高鉺離子的摻雜濃度來(lái)提高增益光纖的儲(chǔ)能，但在鉺離子濃度過(guò)高時(shí)會(huì)出現(xiàn)濃度淬滅現(xiàn)象，導(dǎo)致高功率運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí) EDFA 工作失效。以上兩個(gè)原因限制了 EDFA 輸出功率向高功率的提升。

隨著新型光纖理論和制造技術(shù)的不斷提升、對(duì)高功率放大器增益光纖的巨大需求、包層泵浦技術(shù)和離子共摻技術(shù)的出現(xiàn)、以及大功率多模半導(dǎo)體泵浦激光器的出現(xiàn)可以很好的解決上述問(wèn)題。

雙包層光纖，采用纖芯、內(nèi)包層和外包層結(jié)構(gòu)，主要是引入了直徑較大的內(nèi)包層，內(nèi)包層數(shù)值孔徑通?？梢宰龅妮^高，允許大功率泵浦光直接耦合到直徑為幾十 μm 到幾百 μm 的內(nèi)包層，比傳統(tǒng)光纖的耦合面積增加了 2 個(gè)數(shù)量級(jí)，因此入纖功率和耦合效率都大大得到提高。纖芯直徑仍然保持單模光纖的水平以保持較好的光束質(zhì)量，同時(shí)纖芯摻入激活離子。泵浦光耦合入內(nèi)包層，在內(nèi)包層與外包層的交接處發(fā)生全內(nèi)反射，反復(fù)通過(guò)并激活纖芯離子，當(dāng)信號(hào)光通過(guò)纖芯時(shí)即通過(guò)受激輻射得到增益放大。

在基于雙包層光纖的大功率激光放大器研制方面，起步最早的是摻鐿光纖放大器。因?yàn)殍O離子為簡(jiǎn)單的雙能級(jí)結(jié)構(gòu)，不存在激發(fā)態(tài)吸收和能量上轉(zhuǎn)換問(wèn)題。

鐿離子具有很寬的泵浦吸收帶(800nm-1100nm)且在典型的泵浦波長(zhǎng) 915nm 和975nm 處具有很強(qiáng)的吸收峰，對(duì)泵浦波長(zhǎng)的帶寬限制并不明顯，可以采用成本較低的多模大功率泵浦激光器。在這些泵浦波段，商用化的半導(dǎo)體多模泵浦激光器的輸出功率已經(jīng)達(dá)到了千瓦量級(jí)。采用較短的光纖即可對(duì)泵浦光產(chǎn)生有效地吸收，導(dǎo)致?lián)借O高功率光纖放大器的斜率效率非常高，可以超過(guò) 80%。因此摻鐿高功率光纖放大器備受青睞，在各方面努力下，各項(xiàng)指標(biāo)也不斷得到優(yōu)化提高。連續(xù)光放大單纖平均功率超過(guò)了 1 萬(wàn)瓦，而脈沖放大峰值功率更是達(dá)到了兆瓦(MW)量級(jí)。在國(guó)家級(jí)應(yīng)用層面，美國(guó)國(guó)家航空航天局(NASA)在其主持的星際光通信計(jì)劃中也采用了摻鐿雙包層光纖作為放大介質(zhì)，得到了峰值功率 1.6kW、平均功率 10W、脈沖重復(fù)頻率在 3-30MHz，接近衍射極限的脈沖光束輸出。

伴隨著高功率光纖激光器的進(jìn)步，一些新的應(yīng)用領(lǐng)域不斷出現(xiàn)。特別是興起的光接入網(wǎng)、自由空間光通訊、激光雷達(dá)、地球引力波探測(cè)、地面搜索、激光測(cè)距等方面，需要 1.5μm 波段高功率連續(xù)或脈沖光纖放大器。摻鐿高功率光纖放大器盡管在技術(shù)上比較成熟，但其工作在 1.06μm 波段，在需要 1.5μm 波段的這些應(yīng)用中顯得力不從心。人眼在 1.5μm 波段的損傷閾值要比 1.06?m 波段高4 個(gè)數(shù)量級(jí)以上，具有"人眼安全"的特點(diǎn)，這在激光測(cè)距、激光雷達(dá)、遙感、空間通信等需要人員參與的領(lǐng)域有重要意義，所以人們?cè)絹?lái)越多的開(kāi)始關(guān)注并發(fā)展高功率 1.5μm 波段光纖放大器。

單獨(dú)摻雜鉺的增益光纖由于受到濃度淬滅效應(yīng)的影響，無(wú)法滿(mǎn)足高功率運(yùn)行要求。在雙包層光纖包層泵浦理念的基礎(chǔ)上出現(xiàn)了鉺鐿(Er/Yb)共摻雙包層光纖。這種雙包層增益光纖因?yàn)殍O離子濃度大于鉺離子濃度，使得一個(gè)鉺離子被多個(gè)鐿離子包圍，避免了鉺離子的簇聚，同時(shí)提高了鉺離子的摻雜濃度。在這種摻雜光纖中是由鐿離子先吸收泵浦光，然后通過(guò)敏化作用激發(fā)鉺離子，形成鉺波段粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，從而充分利用了鐿離子吸收帶很寬、泵浦吸收系數(shù)大、允許高功率多模泵浦的優(yōu)點(diǎn)。Er/Yb共摻雙包層光纖放大器的主要優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:(1)工作在 1.5μm 波段 (2)高輸出功率 (3)較高的能量轉(zhuǎn)化效率 (4)高峰值功率，高重復(fù)頻率的脈沖輸出 (5)通過(guò)優(yōu)化可以實(shí)現(xiàn)接近衍射極限的光束質(zhì)量。 在激光定位、遠(yuǎn)程傳感、成像和照明等領(lǐng)域需要高功率、脈寬在幾十個(gè) ns、重復(fù)頻率為幾十 kHz 的光脈沖，并且需要脈沖光纖放大器能夠產(chǎn)生幾百 kW 到幾 MW 的峰值功率。 高峰值功率同樣廣泛應(yīng)用于材料處理、激光打標(biāo)和高次諧波的產(chǎn)生中?；谶@些，尤其是光纖通信與衛(wèi)星激光通信的巨大需求，Er/Yb 共摻雙包層光纖放大器最近幾年得到了比較廣泛的研究也取得了很多進(jìn)展，很多文獻(xiàn)報(bào)道了 1.5μm 波段脈沖放大器和激光器。