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掺铥光纤激光器研究进展

导读: 相比较于2μm固体激光器而言,输出同样波长的掺铥光纤激光器由于具有结构简单、光束质量好和窄线宽等优点引起了人们的广泛关注。

  目前2μm波段激光主要有三个方面的应用需求:

  一是用于医疗和生物研究方面。由于水分子在2μm波长附近有很强的吸收率,且该波段激光对人眼是安全的,因此用该波段激光器进行手术时,激光照射部位血液迅速凝结,止血性好,有望成为激光外科手术领域中最重要的突破之一。

  二是用于激光雷达和遥测研究方面。由于2μm波段激光器同时覆盖率1.88μm、1.91μm和2.41μm三个重要的分子吸收带,因此是相干多普勒测风雷达、水蒸气抛面差分吸收激光雷达系统等的理想光源。

  三是用于中红外光电对抗方面的研究。由于2μm波段激光可直接作为ZGP光参量振荡器的高校抽运源,具有效率高,结构紧凑可靠等特点,因此采用2μm激光抽运的ZGP-OPO激光器是获得3μm至5μm和8μm至12μm波段中红外激光的最有效途径之一。

  相比较于2μm固体激光器而言,输出同样波长的掺铥光纤激光器由于具有结构简单、光束质量好和窄线宽等优点引起了人们的广泛关注,其输出功率从原来的单包层毫瓦量级发展到双包层百瓦量级。目前德国IPG公司的150W掺铥光纤激光器已经产品化,而且在效率、小型化和常温工作等方面得到了很好的进步。

  1 掺铥光纤激光器的研究进展

  掺铥光纤激光器的基质材料主要有石英基质和佛化物基质。在石英基质中,由于所有的能级都可通过多声子辐射而发生非辐射弛豫,这使得阈值很高,H4能级是迄今为止观察到的唯一能辐射激光的能级;而在氟化物基质中,则能提供较多的发射荧光的亚稳多重态,可形成多种波长的激光振荡。但石英光纤具有易于拉制和稳定性好的优点,因此被广泛采用。

  Tm3+离子的能级结构如图1所示。

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