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光子晶体光纤激光器材料的研究进展

导读: 现在世界上几个较先进的研究机构都在进行非CVD方法制备掺稀土Yb3+材料的研究,到目前为止,仅有法国Limoges(利蒙吉斯)大学和瑞士的Bem(伯尔尼)大学于2009年10月份在AppliedOptics上报道了他们使用非化学沉积法制备出了高效率掺Yb3+大纤芯的光纤。

  现在世界上几个较先进的研究机构都在进行非CVD方法制备掺稀土Yb3+材料的研究,到目前为止,仅有法国Limoges(利蒙吉斯)大学和瑞士的Bem(伯尔尼)大学于2009年10月份在AppliedOptics上报道了他们使用非化学沉积法制备出了高效率掺Yb3+大纤芯的光纤,他们使用颗粒度为0.5μm的材料,掺杂浓度为3600ppm,数值孔径NA=O.46,用975nm激光泵浦,转换效率为74%,虽然他们的结果并不十分令人惊喜,但是说明利用非CVD方法制备掺Yb3+材料是完全可行的。由于该方法使用粉末颗粒状材料进行熔融,在制备工艺中必须解决几个关键的问题:

  首先,要保证熔融的环境是在氧化气氛下进行,排除掉Yb3+变为Yb2+的变价问题,否则就将失去激光特性;

  其次,熔融工艺要保证材料的充分熔化,排除几种材料颗粒分布的不均匀和熔化的不均匀,形成完整的玻璃态网格结构;

  最后,要保证充分排除气体,消除气泡,否则,这些气泡在光纤中将造成很强的散射。

  因此,选择纳米尺度的粉末材料,在保证不变价的条件下,使用高出材料熔点的高温进行长时间熔融是制备出理想掺杂稀土材料的关键。

  除了制备出理想的纤芯材料之外,如何使该种材料的尺寸和形状符合特种光纤预制棒排布和拉制光纤的要求,也是必须解决的问题。

  通过对多种非CVD方法的探索与研究,经过3年多时间的实验,选择了一种新的粉末熔炼方法,制备出了高浓度掺Yb3+的纤芯材料,经过对材料的吸收光谱测量,证明它在波长范围为850-980nm处具有强烈的吸收作用

  此方法具有制作简单灵活的特点,结合PCF的堆叠一拉丝工艺,更凸显出对于多种不同结构掺杂PCF制备的灵活性,如大模面积下保持单模传输、内外包层数值孔径可调、易实现偏振输出,可进行多芯相干合成等,这些都对研制超大功率掺杂PCF激光器极为有利。就掺杂石英材料本身而言,其热稳定性要远远好于高温熔融法制备的掺稀土多组分玻璃,并具有更大的激光阂值。此工艺的成功,开辟了多种稀土离子单掺或共掺石英玻璃制备的新途径,为其它掺杂石英玻璃的制备提供了多种可能(包括掺杂稀土离子浓度和组分的调节),因此为掺稀土光纤、石英玻璃等材料更广泛的应用提供了有利保障。

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