2012年度十大优秀光纤激光技术论文

2012-12-17 00:23

　　八、掺铥光纤激光器研究进展

　　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。

　　掺铥光纤激光器在室温下属准三能级系统。抽运光将Tm3+从H6基态转移到H4能级，激发离子从H4能级弛豫到激光能级F4.激光作用发生在F4能级和H6基态多重态内的激光能级之间，输出辐射大约为2μm。

　　石英光纤中铥离子Tm3+的吸收和发射谱如图2所示。

　　因而在铥离子的几个吸收波段，可以采用不同的泵浦光源，主要包括：790nm半导体激光器抽运Tm3+的H4能级和1570nm掺铥光纤激光器抽运Tm3+的H4能级，如图3所示。

　　掺铥光纤激光器的谐振腔结构主要有以二色镜作为腔镜的F-P腔和以光纤光栅作为腔镜的F-P腔两种，下面分别就这两种谐振腔结构，分别综述掺铥光纤激光器的研究进展。

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