【摘 要】
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基于掺铥光纤的1.7～2μm光纤激光器在激光加工、医疗、传感以及科研等领域具有广泛而重要的应用。高增益有源光纤是实现高性能光纤激光输出的必要保证,本论文制备了高浓度铥离子掺杂的硅酸盐光纤,表征了其吸收和发光特性,研究了基于该光纤的1.9μm激光放大器和振荡器输出特性,并将掺铥光纤激光器的输出波长扩展至1.7μm短波长波段。具体研究内容如下:1.制备并测试表征了铥离子掺杂浓度8 wt.%的硅酸盐玻璃
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基于掺铥光纤的1.7～2μm光纤激光器在激光加工、医疗、传感以及科研等领域具有广泛而重要的应用。高增益有源光纤是实现高性能光纤激光输出的必要保证,本论文制备了高浓度铥离子掺杂的硅酸盐光纤,表征了其吸收和发光特性,研究了基于该光纤的1.9μm激光放大器和振荡器输出特性,并将掺铥光纤激光器的输出波长扩展至1.7μm短波长波段。具体研究内容如下:1.制备并测试表征了铥离子掺杂浓度8 wt.%的硅酸盐玻璃和有源硅酸盐光纤。测得掺铥硅酸盐玻璃在789 nm处的吸收截面为4.43×10-21 cm2,在1570 nm处的吸收截面为0.58×10-21 cm2,通过倒易法计算出样品在2μm波段的最大发射截面为3.67×10-21 cm2（@1862 nm）,并测得该玻璃基质和掺杂浓度下铥离子3F4能级的荧光寿命为235μs;实现了单模掺铥硅酸盐光纤与石英光纤的高质量熔接,硅酸盐光纤双端熔接的总损耗约1.3 d B。2.基于上述掺铥硅酸盐光纤搭建了1.95μm光纤放大器和线形腔光纤激光器,研究了该有源光纤的增益性能和激光输出特性。通过2 cm的掺铥光纤测得其在1.95μm波长处的增益系数大于1.7 d B/cm;基于2 cm和8 cm的有源光纤分别搭建了分布布拉格反射结构的线形腔光纤激光器,1.95μm激光阈值分别为1.09 W和0.76 W,输出功率分别为79 m W和166 m W,激光器的斜率效率分别为5.4%和7.6%。3.设计并实现了输出波长位于1.7μm波段的掺铥光纤激光器。采用单模-多模-单模（SMS）光纤滤波器件和商用波分复用器（WDM）作为选频器件,抑制掺铥光纤在1.9μm附近的发射峰,基于环形腔结构实现1720 nm短波长激光输出,并通过对SMS结构施加拉力,实现了8 nm范围的连续调谐。1720 nm激光的阈值为0.65 W,最大输出功率为227 m W,斜率效率为10.3%,激光线宽小于2.4 GHz。
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