用于高功率系统的掺镱石英光纤研究进展及发展趋势

掺镱石英光纤是掺镱光纤激光器及放大器的重要基础元件.掺镱光纤性能提升是促进掺镱光纤激光器系统功率进一步攀升的关键.本文回顾了高功率掺镱光纤激光器系统功率攀升情况及功率限制性问题,简述了针对激光功率攀升的瓶颈问题所提出的改善性方案.重点阐述了掺镱光纤制备技术、光纤材料、结构性设计在改善功率限制性方面所取得的研究进展,并对未来掺镱石英光纤的研究及发展趋势进行了展望.     

γ射线辐照对掺Yb光纤材料性能的影响

采用改进的化学气相沉积法制备掺Yb石英光纤预制棒,以该预制棒制备了尺寸为10/130μm的双包层掺Yb光纤,将这些光纤分成若干组,在不同剂量的60Coγ辐射源下辐照,测试了光纤在辐射前后的吸收谱和激光性能以及光纤预制棒切片辐照后的吸收.实验结果表明:光纤中已存在的色心缺陷(如氧空位(II))和辐照引起的色心缺陷(如E’心、过氧基以及Yb2+离子)等因素的叠加作用可能导致辐照后的光纤在可见光区域的吸收显著增大;与辐照前相比,辐照后光纤的斜率效率、光-光效率显著下降,剂量越大激光性能下降得越厉害;基于Power-Law定理拟合了光纤辐致损耗与所受剂量的关系曲线,定量分析了不同剂量辐照后光纤激光性能下降的原因.研究结果将为进一步发展抗辐照光纤提供理论和实验依据.     

空气包层大模场面积掺镱光子晶体光纤研究

采用改进的化学气相沉积法和气相液相混合掺杂技术制备大芯径掺镱石英光纤预制棒, 以此作为有源纤芯制备了纤芯直径约90 μm的掺镱双包层光子晶体光纤, 纤芯组分为镱铝磷共掺.双包层光子晶体光纤的模场面积约1330 μm², 纤芯数值孔径0.065,包层数值孔径0.5.首次实现了国产掺镱光子晶体光纤的高功率高效率激光输出, 1 m长的光子晶体光纤激光器实现102 W 激光输出,斜率效率76%.     

双包层大模场面积保偏掺镱光子晶体光纤研究

采用改进的化学气相沉积法和溶液掺杂法制备出掺镱石英光纤预制棒,以该预制棒为有源纤芯制备芯区直径约为30μm的双包层保偏掺镱光子晶体光纤.模拟计算得到该保偏光纤的模场面积约232μm2,双折射系数B为5×10-5.利用该光纤分别进行了脉冲激光和连续激光的放大测试实验,在国内首次实现了高效率的飞秒激光放大,2 m长的光子晶体光纤可得到1.64 W的激光输出,激光放大斜率效率为49.8%.同时5 m长的光纤还能够实现8.12 W的连续激光放大输出,斜率效率达到55.9%,具有较高的斜率效率.此外,该光纤消光比约10 dB,具有良好的保偏特性.     

Non-isothermal bleaching of Yb–Li co-doped silica fibers

In this work, non-isothermal bleaching of Yb–Li co-doped fiber was investigated. The Yb–Li co-doped fiber was beneficial to reduce the photodarkening-induced excess loss and had no bad effect on the temperature of thermal bleaching(TB). Photodarkened fibers were bleached with different temperature ramp rates. The higher the ramp rate, the higher the complete bleaching temperature. The activation energy of the bleaching of Yb/Al/Li fiber was calculated by fitting, which was similar to that of an Yb-doped fiber. These observations are helpful in revealing the relationship between the mechanism of Li ion co-doping and TB.     

基于M型掺镱光纤的近单模2 kW光纤放大器

模式不稳定效应和非线性效应已经成为高功率光纤激光器中限制输出功率和光束质量进一步提升的主要障碍.采用改进的化学气相沉积工艺结合溶液掺杂技术制备25/400μm的M型掺镱双包层光纤,纤芯和中间凹陷区域的数值孔径分别为0.054和0.025.基于该光纤搭建976 nm双向泵浦全光纤结构放大器.在泵浦光功率为3283 W时,获得2285 W中心波长为1080 nm的激光输出,3 dB线宽为3.01 nm,测量的光束质量因子为1.42,且未出现受激拉曼散射现象.这是目前基于M型掺镱光纤实现的最高输出功率,通过优化光纤结构参数实现功率进一步提升是有希望的.     

高性能1018 nm光纤及激光器实验研究

对光纤预制棒制备过程中沉积的气体流量、管内压强等参数和光纤掺杂组分进行了研究. 研究发现通过共掺其他元素, 可以使掺镱光纤的荧光谱发生移动. 基于此, 制备了有利于1018 nm激光输出的掺镱双包层光纤. 在增益光纤长度为7 m时, 实现了22.8 W的1018 nm激光输出, 光-光效率接近70%, 并且没有观察到明显的自发辐射和饱和现象. 关键词： 光纤激光器 双包层掺镱光纤 1018 nm     

光纤中光子暗化效应研究

阐述了国内外在光子暗化效应测试、抗光子暗化性能提升及机理方面的研究工作。展示了测试的光子暗化效应对吸收光谱、特定波长附加损耗以及输出功率的影响。制备的一种新型抗光子暗化光纤,其抗光子暗化性能相对于常规掺镱光纤提升近15倍,斜率效率为81.8%。由此光纤制备的光纤激光器实现800W功率的稳定输出,未观测到功率的衰减。