非复合Yb:YAG晶体光纤充当单波导激光器

2016-11-08 14:27

　正如大部分固态激光器一样，从使用掺杂玻璃到使用掺杂单晶材料的增益介质，是提高单根光纤激光输出功率的重要一步。因此，单晶光纤（SCF）成为重点开发方向，从而制造出不同结构的单晶光纤，例如通过免粘合制造的包晶晶体光纤、复合玻璃晶体光纤、非包层单晶光纤等。

　　先前测试的非包层SCF包括直径为1mm或更小的，短（长度为30-60mm）发光晶体棒，其中泵浦光由于全反射而在棒内部反射，但是输出激光本身的结构仅由腔镜定义-换句话说，SCF没有用作激光的波导，反而比光纤激光器的体积更大。

　　相比之下，最近由美国陆军研究实验室和Shasta Crystals的研究人员开发和测试的更长且更薄的二极管泵浦非包层Yb:YAG掺镱晶体光纤被证明能够当做单波导激光器使用（见下图）。

　　直径为100μm、长度为100mm、掺杂浓度为1%的单晶光纤（SCF）是Shasta Crystals使用激光加热基座生长法（LHPG）技术制造的，适用于大规模生产SCF。这种光纤实现了SCF的试验和优化。

　　高转换效率

　　在实验装置中，SCF的非抗反射涂层部分分布在两个激光腔镜之间-来自线性偏振激光二极管的969nm激光，具有3nm带宽，聚焦在光纤的一端，然后通过后（双色向）腔镜并进入光纤。

　　该光纤松弛地放置在V形槽中以将其限制在最小的物理接触面，与此同时通过凸透镜对激光器的输出进行校准。通过聚光镜、激光线滤波器和激光功率计收集激光输出数据。

　　由于没有使用导热油脂从该光纤吸收热量，该二极管泵浦以1%占空比的准连续波（QCW）模式工作，以保持光纤冷却。

　　1毫秒泵浦脉冲长度与YAG中Yb3+的上能级寿命相同，因此实验结果代表了CW操作-只是降低了热负荷。

　　尝试了从18％到70％的各种输出镜反射率，最佳反射率为25%。

　　使用91.6W的QCW泵输入（由于1%占空比，平均值小于1瓦），QCW激光输出在1030nm波长处约为53W，证明了即使是在粗略的试验配置下该光纤激光器也是有效的。

　　至于SCF参数本身，Shasta Crystals总裁兼首席执行官Giselle Maxwell解释道，1%掺杂剂含量是由光谱研究决定的，以决定什么样的浓度将提供最佳的激光条件；通过相同的光谱研究确定晶体的长度，对于一定浓度的掺杂物来讲，多长的晶体才能实现泵浦光束的最大吸收以及晶体中最有效的激光作用；晶体的直径被确定为用户方便的函数以及用户的预期效果（更小的直径带来更好的波导效果）。

　　Maxwell指出：“下一步就是改进包层技术（主要是包层的厚度），提供一个真正的全晶体双包层单晶光纤，从而以其改善的导热性能完胜任何双包层玻璃光纤的性能。”（文/Oscar译）