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980nm光纤激光器发展现状与展望

导读: 掺镱光纤激光器(YDFL)具有光束质量好、结构紧凑和转换效率高等优点,在工业加工领域有着广阔的应用前景。

  1 引言

  掺镱光纤激光器(YDFL)具有光束质量好、结构紧凑和转换效率高等优点,在工业加工领域有着广阔的应用前景。随着双包层光纤制造技术的发展和激光二极管(LD)制造工艺的提高,光纤激光器的输出功率迅速提升。目前,以LD作为抽运源已成功实现了千瓦级的光纤激光输出。不过,LD的亮度有限,限制了光纤激光器功率输出的进一步提高。IPG公司的Shkurikin指出,受抽运激光二极管亮度及热效应的限制,采用LD抽运的传统高功率掺镱光纤激光器的输出将一直限制在千瓦级水平,掺镱光纤放大器或激光器获得更高功率输出的关键之一在于使用亮度更高的抽运光源。2009年,IPG公司利用1018nm光纤激光器抽运掺镱光纤(YDF),实现了10Kw的单模激光输出。然而由于镱离子在1018nm附近的吸收截面比其在976nm附近的吸收截面低1-2个量级,这对掺镱光纤的设计和抽运方案的选取提出了极高要求。而以980nm波段(974~980nm,以下简称980nm)光纤激光抽运掺镱光纤,在提高了抽运光亮度的同时又有利于掺镱光纤的吸收,有望实现千瓦级以上的激光输出。此外,980nm光纤激光器可通过BIBO晶体、KTP晶体、LBO晶体及周期性MgO…LiNbO3波导等进行频率转换,获得新的激光频率输出。其中倍频产生的480~490nm激光可以代替笨重的氩离子激光器作为蓝光激光源。因此,980nm光纤激光器具有很高的研究价值。

  本文对国际上980nm掺镱光纤激光器的发展现状进行综述,指出了存在的一些问题,并对980nm光纤激光器的未来发展做了展望。

  2 980nm光纤激光器发展现状与存在的问题

  鉴于980nm掺镱光纤激光器的应用优势,国内外多家研究单位对其进行了广泛而深入的研究,并获得了一定的成果。但是,取决于掺镱光纤的能级结构,980nm激光输出较为困难。如图1所示,980nm激光输出会与属于四能级系统(1020~1100nm)的自发辐射放大(ASE)产生增益竞争。在掺镱光纤激光器中实现980nm信号光输出要求增益介质中有50%以上的下能级粒子数反转到上能级,而ASE产生仅需5%左右。另外,如图2所示,因980nm处的发射截面远大于ASE波段处,所以在满足粒子数反转的条件时,980nm处的发射更占优势。因此,要实现980nm激光输出,需提高增益介质抽运吸收以增加反转粒子数来抑制ASE自激振荡。

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