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全国产化掺镱双包层高功率光纤激光器的研制--第1页

第４Ｏ卷第２期南开大学学报（自然科学版）Ｖｏ１．４０Ｎ＿Ｏ２

２００７年４月ＡｃｔａＳｃｉｅｎｔｉａｒｕｍＮａｔｕｒａｌｉｕｍＵｎｉｖｅｒｓｉｔａｔｉｓＮａｎｋａｉｅｎｓｉｓＡｐｒ．２００７

文章编号：０４６５—７９４２（２ＯＯ７）Ｏ２—００８７—０４

全国产化掺镱双包层高功率光纤激光器的研制

贾秀杰，郭占城，范万德。，付圣贵，袁树忠，宁鼎。，董孝义

（１．南开大学现代光学研究所，天津３０００７１；２．南开大学物理科学学院，天津３０００７１；

３．信息产业部电子第四十六所，天津３００２２０）

摘要：利用自行研制的大模面积双包层光纤和光学耦合系统以及国产的ＬＤ泵源，研制开发出一种便携式

掺Ｙｂ”双包层光纤激光器，最大激光输出功率达到了１２．７３Ｗ，斜率效率为７６．９，激光器的光一光转换效率

为４５．实现了全国产化的、高功率、高转换效率的稳定激光输出，而且具有较高的光束质量．给出了该激光器

的实验结果，并对其主要特性进行了简要的分析．

关键词：掺镱双包层大模面积光纤；全国产光纤激光器；斜率效率；光一光转换效率

中图分类号：ＴＮ２５３文献标识码：Ａ

Ｏ引言

２０世纪８０年代英国南安普顿大学的ＰｏｏｌｅＳＢ等人口用ＭＯＣＶＤ法制成低损耗的掺铒光纤，由于掺

铒光纤激光器激光波长恰好位于光通信的低损耗窗口，随着掺铒光纤放大器（ＥＤＦＡ）在光通信领域中的

地位不断提高，才使光纤激光器成为研究热点．早期的激光器是将泵光直接耦合进小于１０ｍ的纤芯，耦

合效率很低．２０世纪９０年代后期，随着半导体激光器及其掺杂光纤制作技术的日益成熟，光纤激光器的

研究也取得了重大进展，其输出功率从１９９４年的５００ｍｗ提高到２００４年的２０００Ｗ．使用的光纤从传统

的单模光纤到双包层光纤．不过，人们很快就认识到，为了获得更高功率的输出，常规的小芯径、大数值孔

径的光纤设计已经不适合大功率输出的应用．而具有高稀土元素掺杂浓度，同时其芯径相对较大而数值孑Ｌ

径相对较小的所谓大模场面积（ＬＭＡ）光纤却能够克服这些限制．随后，通过采用这种ＬＭＡ光纤，人们最

近成功实现了在一根光纤上产生具有衍射极限光束质量、输出功率达到千瓦级的高功率光纤激光器．

为获得高功率的激光输出，掺杂镱离子光纤具有独到的优势．掺镱光纤能够在一定的波长范围内

（９７５ｎｉ＇ｌｑ￣ｌ２００ｎｍ）实现波长可调的高功率输出．因为镱元素的吸收谱比较靠近荧光谱，因此只有很少

部分的泵浦能量被浪费．不仅如此，和镧系元素不同的是，镱元素只有一个单一的激发态，因此，它不会受

激发态吸收（ＥＳＡ）的干扰，也极少产生自淬火现象．因此，可以使用高浓度的镱离子，获得高的转换效率

（典型值大于７５９／６）．考虑到这些因素，国内外激光器行业已经将关注点转向掺镱光纤的开发＿２］．

国内虽然对于掺镱双包层光纤激光器进行了很多的研究，但是主要的核心和器件大部分是国外进口，

或者部分使用进口，这大大限制了我国重要的科学研究和应用要求．因而开发全国产化的双包层光纤激光

器的研究就具有特殊的意义．自１９９８年开始，本课题组就与４６所进行了密切的合作，共同研究开发国产

高质量双包层光纤及器件，并在此基础上进行全国产双包层光纤激光器的开发．并于２００３年初，实现了输

出功率为１．８ｗ的全国产化器件掺Ｙｂ。双包层光纤激光器＿６叫］．

在课题组已有研究的基础上，使用自行研制的大模面积光纤增益介质，和自行设计的高效光学耦合系

统，采用国产ＬＤ做泵浦光源，研制出输出功率为１２．７３ｗ的掺Ｙｂ。双包层光纤激光器，实现了全国产化

的、高转换效率、高功率稳定激光输出，而且具有较高的光束质量．

收稿日期：２００６—１２－１１

基金项目：国家自然科学重点基