光纖激光器具有理想的光束質(zhì)量、超高的轉(zhuǎn)換效率、免維護(hù)、高穩(wěn)定性以及冷卻效率高、體積小等優(yōu)點(diǎn)，具有許多其他激光器無可比擬的技術(shù)優(yōu)越性。

　　2μm摻銩光纖激光器由于其高效率、高輸出功率、對(duì)人眼安全、且位于透過率良好的“大氣窗口”等特性在科研領(lǐng)域有著巨大吸引力，它在材料處理、遙感、生物醫(yī)學(xué)和國防領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用前景。

　　摻銩光纖激光器相關(guān)研究

　　一 基質(zhì)材料

　?。?）鍺酸鹽（Germanate）

　　與CVD制作摻雜石英光纖方法不同，這種玻璃基質(zhì)可通過混合熔融化學(xué)物質(zhì)來制作。由于不規(guī)整的晶格結(jié)構(gòu)，這種多組分玻璃可以摻雜高濃度的銩離子，這樣就能實(shí)現(xiàn)短增益光纖內(nèi)的泵浦光較強(qiáng)的吸收，同時(shí)充分利用了高摻銩能級(jí)系統(tǒng)中的交
叉弛豫過程，提高量子效率。

　　但是由于鍺氧化物的光敏特性，鍺酸鹽光纖存在光子暗化比較嚴(yán)重的問題。

　　基于這種光纖，蔣仕彬博士于2007年在實(shí)驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)了斜率效率68%、功率64W的摻銩光纖激光輸出。

　?。?）石英（Silica）

　　石英光纖機(jī)械強(qiáng)度高與普通單模石英光纖材料相同，能實(shí)現(xiàn)低損耗熔接，制作成本低，適用于光纖激光器的大規(guī)模生產(chǎn)。

　　石英光纖也存在摻銩濃度不高、低斜率效率和較強(qiáng)的上轉(zhuǎn)換的問題，而且由于上轉(zhuǎn)換產(chǎn)生了光子暗化效應(yīng)。

　　基于這種光纖，G.Rines等人在2008年實(shí)現(xiàn)了斜率效率50.7%、功率885W的摻銩光纖激光輸出。

　?。?）硅酸鹽（Silicate）

　　硅酸鹽玻璃材料相對(duì)于石英材料具有低處理溫度、低成本、高稀土離子溶解性、更適合于雙包層光纖、基本上沒有光子暗化等優(yōu)勢(shì)。但是相對(duì)機(jī)械強(qiáng)度較低一些。

　　硅酸鹽玻璃材料相對(duì)于鍺酸鹽材料具有高的機(jī)械強(qiáng)度、更適和于硅基石英光纖熔接。從而可以實(shí)現(xiàn)增益光纖與用于制作布拉格光纖光柵(FBGs)的標(biāo)準(zhǔn)石英光纖之間的高強(qiáng)度熔接。

　　硅酸鹽光纖集中了鍺酸鹽和硅基石英光纖的優(yōu)勢(shì)，它更適合用于摻銩光纖激光器。

      二 纖芯結(jié)構(gòu)

　　通過改進(jìn)的增益光纖內(nèi)部結(jié)構(gòu)，我們可以改進(jìn)泵浦效率，改善摻銩光纖激光器的工作特性。常見的光纖結(jié)構(gòu)有普通雙包層、雙包層+偏芯結(jié)構(gòu)、保偏、單模。

　　其中，雙包層+偏芯結(jié)構(gòu)具有較高的泵浦效率，通過在內(nèi)包層里加人介質(zhì)棒，可以提高單位長(zhǎng)度泵浦吸收效率。從而提高摻銩光纖激光器的斜率效率。

　　利用這種光纖，蔣仕彬博士于2009年在實(shí)驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)了斜率效率68.3%的光纖激光輸出，量子效率達(dá)到180%以上。

　　三 窄線寬

　　在短腔(厘米級(jí)別)DBR光纖激光器分別使用包層泵浦和纖芯泵浦的結(jié)構(gòu)，均可實(shí)現(xiàn)高效單頻激光工作。這種光纖單位長(zhǎng)度增益超過了2dB／cm，在實(shí)驗(yàn)中，蔣仕彬博士將2cm長(zhǎng)的一段光纖用于單頻光纖激光器，小于3kHz線寬、纖芯泵浦摻銩DBR光纖激光器實(shí)現(xiàn)了。據(jù)相關(guān)的記錄，這種線寬是至今最窄的2μm光纖激光器線寬。

       四 調(diào)Q摻銩光纖激光器

　　通過應(yīng)力雙折射來實(shí)現(xiàn)短腔偏振控制實(shí)現(xiàn)了工作在2μm波段的全光纖單模調(diào)Q激光器。這種調(diào)Q激光器可以工作在一個(gè)較寬的重復(fù)頻率范圍(10Hz～100kHz)，同時(shí)輸出功率為幾毫瓦。這種調(diào)Q窄線寬脈沖的功率可以通過多級(jí)摻銩光纖放大器來放大。

　　五 鎖模摻銩光纖激光器

　　通過使用一根長(zhǎng)30cm的最近開發(fā)的摻銩硅酸鹽摻銩光纖，我們實(shí)現(xiàn)了基于可飽和吸收鏡(SESAM)的自起振被動(dòng)鎖模光纖激光器。得到的鎖模脈沖工作在1980nm波段，脈沖寬度為1.5ps，單脈沖能量0.76nJ。