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赖广文:40m 掺 Yb3+双包层光纤的激光特性研究·1·


40m 掺 Yb3+双包层光纤的激光特性研究

(工程技术学院光电工程系光信息科学与技术赖广文)
(学号:2001303031)

内容提要:研究了国产掺 Yb 双包层光纤在国产 974nm 半导体激光器的泵浦下,在不同条件
下所产生的放大的自发辐射谱和激光光谱。讨论了在使用不同显微物镜组合下的 LD 与光纤的耦
合效率,分析了不同长度的掺 Yb 双包层光纤和不同透过率的腔镜对模式竞争的影响,测量了激
光输出功率。同时,对本实验条件的局限性加以分析,提出了进一步改善的方案。通过对该实验
的研究,加深了对激光形成的理解。
关键词:掺 Yb3+双包层光纤,耦合效率,光纤激光器,模式竞争
教师点评:通过对掺 Yb 光纤激光特性的实验研究,了解了光纤激光器的工作原理,掌握了
从事光纤研究的基本的实验方法。实验工作能力强,对实验中出现的问题能积极思考,对实验现
象能进行一定的分析。论文工作量大,思路流畅,条理清楚,是一篇优秀论文。(点评教师:杜
戈果,副教授)

一、引言
为了突破常规光纤激光器对转换效率和输出功率的限制,上世纪 80 年代国际上开发出了一
种新颖的双包层光纤,其结构如图 1 所示。
外包层内包层纤芯




泵浦光
图 1 双包层光纤结构示意图
这是一种具有特殊结构的光纤。与普通单模光纤相比,除了掺杂纤芯和内包层满足单模光纤
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,泵浦光在内包层传输并不断地激发纤芯中的掺杂离子,从而将泵浦光
高效地转为单模激光。双包层光纤结构的提出,对光纤激光器是一个具有重大意义的技术突破。
掺镱(Yb)双包层光纤激光器是国际上新近发展的一种新型高功率激光器件。由于具有光
束质量好、效率高、易于散热和易于实现高功率等特点,近年来发展迅速,并已成为高精度激光
加工、激光雷达系统、光通信及目标指示等领域中相干光源的重要候选者。尤其是掺镱双包层光
纤激光器作为喇曼光纤激光器的泵浦源,使光通信的带宽大大扩展,对实现宽带大容量通信具有
重要的意义,因而掺镱双包层光纤激光器的研究发展十分迅速。最近据报道,上海光机所与烽火
通信科技股份有限公司合作,在高功率光纤激光领域取得突破,使国产掺镱双包层光纤激光器达
到 444W 的高功率输出。
二、掺 Yb3+双包层光纤激光器的基本原理
光纤激光器一般由三个基本部分组成,即泵浦源、工作物质(掺杂纤芯)和谐振腔。泵浦光
经光学系统耦合进光纤,激发纤芯中低能态粒子的跃迁,在泵浦不断激励下形成粒子数反转,最
后在掺杂纤芯中产生受激辐射而输出激光。
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①泵浦源
泵浦源的作用是激励低能级的粒子向高能级跃迁,实现粒子数反转,营造产生激光的先决条
件。实验中采用中国科学院半导体研究所生产的半导体激光器作为泵浦源,其中心波长为 974nm
与掺 Yb3+光纤的吸收谱带相匹配,吸收效率较高。
②工作物质
激光器产生激光是利用受激辐射实现的。处于低能态 E