《高效率掺镱双包层光纤激光研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高效率掺镱双包层光纤激光研究（5页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、高效率掺镱双包层光纤激光研究古 孙宏志8 胡谊梅梁建中王晓自b 孙迭篪 复旦大学激光物理与光学实验室2 0 0 4 3 3 ，上海 摘要：掺镱双包层光纤激光器是近几年发展的新型激光器，p h 于具有高的输出功率，高的转换效率 和极好的光束质量，它已经在光通信材料加工与处理，医学，印刷等领域中得到了应用，尤其是掺镱 双包层光纤激光器作为拉曼光纤放大器的泵浦源，对实现宽带大容量通讯具有重要意义因而，掺镱双 包层光纤激光器的研究发展十分迅速，本文研究了一个高效率掺镱双包层光纤激光器，在泵浦半导体擞 光为9 1 5 n m ，功率为1 0 瓦条件下，掺镱双包层光纤激光器最大输出功率为4 5 0 毫瓦，
2、输出斜效率达到 6 8 。输出光束的矿为：x 方向1 0 6 y 方向I 0 4 ，激光输出的波长为1 1 2 0 h m 若用一光栅作为输出耦 合输出渡长可获得从1 0 7 0 1 1 5 0 h m 的调谐进一步提高输出功率和选择台适的波长，这一掺镜双包 层光纤激光器将用于拉曼光纤放大器的研究。 1 引言 掺镱双包层光纤激光器是近几年发展的新型激光器，由于具有高的输出功率高的 转换效率和极好的光束质量，而受到广泛的重视。它已经在光通信，材料加工与处理 医学，印刷等领域中得到了应用1 1 1 J ，尤其是掺镱双包层光纤激光器作为拉曼光纤放大器 的泵浦源使光通信的带宽大大扩展，对实现宽带大容量
3、通讯具有重要意义。因而，掺 镱双包层光纤激光器的研究发展十分迅速，目前实验室最大的输出功率达到了l l O W 4 1 ， 商品化的掺镱双包层光纤激光器达到1 0 W 量级。并已应用到泵浦串级光纤拉曼激光器和 光纤拉曼放大器的研究，在宽带光通讯系统上进行了运行试验。由于光纤拉曼放大器在 宽带波分复用系统中的广泛应用，目前，掺镱双包层光纤激光器是光纤拉曼放大器的最 合适的泵浦光源，因此具有很大的市场前景。 双包层掺杂光纤与普通的单模光纤相比，除了纤芯和内包层满足单模光纤的条件外， 还有一层低折射率的外包层，使两个包层之间形成一个多模光波导层这样就可以用高 功率多模半导体激光泵浦，泵浦光在内包层传
4、输并不断地激发纤芯中的掺杂离子从而 达到高功率输出。同时激光输出光束的质量接近衍射极限研究了一个高效率掺镱双包 层光纤激光器在泵浦半导体激光为9 1 5r i m ，功率为l 瓦条件下。掺镱双包层光纤激光 器最大输出功率为4 5 0 毫瓦，输出斜效率达到6 7 输出光束的M 。为：x 方向1 0 6 ，Y 方向1 0 4 。激光输出的波长为1 1 2 0 姗。进一步提高输出功率和选择合适的波长一这一 掺镱双包层光纤激光器将用于拉曼光纤放大器的研究。 + 本工作得到国家自然科学基金资助，批准号：6 0 0 7 7 0 0 5 a 复旦大学物理系统b 上海俊英通信电子公司 2 掺镱双包层光纤激光实
5、验 为了提高转换效率，设计了不同结构的双包层光纤，一般采用矩形或内六角形，甚 至多边形。外包层用低折射率聚合物镀敷层以提高数值孔径，从而采用阵列大功率半 导体激光器。掺镱双包层光纤激光的实验装黄如图1 所示，泵浦光为一个光纤耦合输出 的9 1 5r i m 半导体激光，最大输出功率1 瓦，泵浦光由一组1 ：1 非球面透镜耦合到双包层 光纤。在光纤激光器的一端用一个9 1 5n m 高透1 0 6 0 n m 高反的双色镜，并直接与掺镱 双包层光纤粘结，另一端是直接切割的光纤断面，利用菲涅耳反射作为输出耦台。掺镱 双包层光纤是S D L 的矩形结构光纤。光纤芯径8 微米，截止波长为1 0 0 0
6、n n l ，数值孔径 为0 0 8 。内包层为一个3 3 0 X 1 7 0 微米的矩形，数值孔径为0 4 5 。在9 1 5r t m 的吸收系数为 0 2 2 d B m 。光纤长度为5 0 米。由于泵浦光的光纤直径为1 0 0 微米数值孔径0 1 8 ，所以 可达到很高的耦合效率。根据吸收系数和没有达到激光闽值时的剩余泵浦光功率，不考 虑其它损耗，估算耦合效率大于9 8 。用一台光谱分析仪观测双包层光纤激光器的输出 光谱掺镱双包层光纤激光的输出功率经过个显微物镜准直，并用一9 1 5n m 高反， 1 0 6 0 n m 高透的双色镜后，由功率计测量。采用光纤扫描的方法测量输出激光的光
7、束质量。 在输出端用光栅耦台输出，实现输出波长的调谐。 F i b e r 图1 实验装置图 3 实验结果与讨论 改变泵浦功率，由光谱分析仪观测输出光谱的宽度变化，当激光产生时，光谱将由 宽带自发辐射明显变窄。由此可咀确定激光振荡的阈值相对于进入光纤的泵浦功率， 激光振荡的阈值为4 4 5 m W 左右。图2 是光谱分析仪记录的激光输出光谱，激光振荡的中 心波长为1 1 2 0 r i m ，带宽约2 n m 。激光输出功率与泵浦功率关系由图3 给出。在泵浦功率 1 0 瓦时，最大输出功率为4 5 0m W , 由此得到光光转换的斜率效率约6 8 左右。激光输 出功率受到了泵浦光功率的限制，增
8、加泵浦光功率，有望提高输出功率。 嚎 I 一 一监船霉 蔷一一一 ； E L ； d ； 鲁 j 图2 掺镱双包层光纤激光的输出光谱 图3 激光输出功率与泵浦功率关系 激光输出光束的质量，对应用是个十分重要的参数，一般用M 2 因子来表征。通 常用刀口法，小孔法或C C D 摄象法测量我们用一个新的，简单实用的方法，用一根直 径5 0 微米的普通多模光纤对光束扫描，光纤另一端连接功率计测量透过光纤的功率。实 际上这与小孔法在原理上相同，只是用光纤代替了小孔，但这种方法克服了小孔的衍射 引入的误差而且使用方便。掺镱双包屡光纤激光输出光束的M 2 因子在两个方向上略 有差别。分别为1 0 4 和1
9、 0 6 ，这都接近了衍射极限。两个方向上的光强分布由图4 给出， 测量结果与理论高斯函数拟合相符。 图4 激光输出光强分布 在泵浦串级光纤拉曼激光器和光纤拉曼放大器应用中，掺镱双包层光纤激光器的波 长还必须选择到某一确定的波长对此我们进行了初步的试验，用一光栅放在输出端 作为输出耦合输出波长可获得从1 0 7 0 1 1 5 0 n m 的调谐最大输出的波长位于1 1 2 0n m 左右。这对泵浦串级光纤拉曼激光器十分有利。图5 是波长调谐曲线 实验中使用的掺镱双包层光纤是矩形结构因此不能与普通光纤直接熔接如用于 泵浦串级光纤拉曼激光器还须解决耦合技术。 1 0 9 01 1 0 01 1
10、1 01 1 2 01 1 3 01 1 4 01 1 5 0 w a v e l e n g r h ( n m ) 图5 激光输出波长调谐曲线 3 1 1 【nSa善一哥q量 【nS鲁垂旨营目 4 结论 我们研究了一个高转换效率掺镱双包层光纤激光器，光- 光转换的斜率效率约6 8 输出激光的光束质量接近衍射极限，输出波长可获得从1 0 7 0 1 1 5 0 r i m 的调谐。进一步提 高泵浦功率，可获得高功率输出。从而用于拉曼光纤放大器的研究和其它应用领域。 参考文献 I M M u e d e le t a l ，C L E O 9 7p o s t d e a d l i n ep
11、 a p e rC P D 3 0 ( B a l t i r m o r eM D l 9 9 7 ) 2 S a n d r aGK o s i n s k ia n dD a r y lI n n i s sT e c h n i c a lD i g i s t , C L E O 9 8 ，p a p e rC T u E 3 ( S a n F r a n c i s c oC A , 1 9 9 8 ) 3D a v i dJ D 1 G l o v a n n la n dM a r t i l lHM u e d e lO p t i c s P h o t o n i c sn e w s 2 7J a n1 9 9 9 4 V D o m i n i ce ta 1 ，F r o cC L E O 9 9p o s t d c a d l i n ep a p e r ( m a y l 9 9 9 )
