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高功率中红外波段光纤激光器最新进展及未来趋势

2013-05-23 10:06
科技潮人
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  与本文相关的光纤激光器近红外跃迁产生的荧光光谱在图4中有所显示。光纤激光器在波长大于1.5μm的近红外区域达到最高功率值。这种激光器的输出功率整体性能不仅与铥离子、钬离子和铒离子的强吸收作用有关,还与高功率二极管激光器的散射和光纤玻璃极佳的物理特性有关。掺杂Tm3+的光纤激光器在2μm波段时输出功率最高、效率最大,最先进。其由0.79μm波长的二极管激光器来激发泵浦,在1.86~2.09μm范围内可协调功率输出。随着Tm3+凝聚现象的出现,相邻Tm3+离子间的交叉弛豫在硅酸盐玻璃中共振,因此也提供了一种二极管激光器泵浦产生2μm激光最高效的办法。在Ho3+中从 5I7到5I8跃迁在2.1μm波长处有一个发射尖峰,与大气传输窗口重叠。这样的跃迁为掺Tm3+离子光纤激光器引入了小于7%的量子缺陷。为了利用Tm3+二极管泵浦吸收作用,掺Ho3+离子光纤激光器最初是共同掺杂Tm3+敏化剂阳离子的。

  扩展激光器波长到红外波段需要氟化物玻璃光纤,它具有较低的声子能量。图4演示了掺稀土离子氟化物光纤在3μm波段的主要荧光跃迁。荧光光谱更倾向于集群在一个跨越0.6μm的区域中。该光谱内,最先进的光纤激光器就是掺Er3+的氟化物光纤激光器,波段范围从2.71~2.88μm可协调。在成熟的0.98μm波段二极管激光器,其光上能级吸收和掺杂Er3+离子双包层氟化物光纤的有效冷却重叠,使得输出功率在大约2.8μm波段处达到24W。背景损耗小于100dB·km-1的掺高浓度Er3+离子双包层氟化物光纤,与最优化光纤谐振腔结合起来时,那么能量向上跃迁传递将有效的削减激光下能级,重复激发辐射,倾斜效率 35.6%已经超过了斯托克斯效率临界。上层激光能级比下层激光能级有更短的发光时间,所以必须要设计能够有效的降低激光下能级的方法。然而,稀土离子在光纤中能量跃迁速率比在成堆玻璃中能量跃迁速率至少是要小一个数量级,因此,在上面的证明中,斯托克斯临界值超过倾斜效率需要更大浓度的Er3+。单掺Ho3+氟化物光纤发射波段从2.8~3.02μm。当上层激发能级是在波长1.15μm二极管泵浦时,光纤可以减少泵浦激发态的吸收,降低较高的斯托克斯临界值。然而,由于波长1.15μm二极管激光器在光束合成、亮度保持和功率测定技术方面仍然没有涉及到泵浦源,所以激光器最大功率输出值比单掺Er3+光纤激光器低了一个数量级。

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