【摘 要】
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光纤激光器具有结构紧凑、转换效率高、光束质量好、散热特性优异、免维护设计等优点,被广泛应用于各个领域。光纤激光器主要由泵浦源、增益光纤、谐振腔构成。作为光纤激光器的核心,增益光纤由稀土离子和基质玻璃组成。目前广泛使用的石英基质玻璃具有稀土溶解度低的缺点,光纤单位增益较低,难以利用基于石英玻璃的增益光纤实现超短线性腔单频激光、锁模激光输出和实现较长波长的激光输出,也阻碍了光纤器件的小型化、集约化。因
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光纤激光器具有结构紧凑、转换效率高、光束质量好、散热特性优异、免维护设计等优点,被广泛应用于各个领域。光纤激光器主要由泵浦源、增益光纤、谐振腔构成。作为光纤激光器的核心,增益光纤由稀土离子和基质玻璃组成。目前广泛使用的石英基质玻璃具有稀土溶解度低的缺点,光纤单位增益较低,难以利用基于石英玻璃的增益光纤实现超短线性腔单频激光、锁模激光输出和实现较长波长的激光输出,也阻碍了光纤器件的小型化、集约化。因此,探索新型玻璃光纤材料实现激光输出,改善现有激光器的性能,仍然是一个极具实用意义的课题。在磷酸盐玻璃中引入氟离子和硫酸根离子形成的氟硫磷酸盐（fluoro-sulfo-phosphate,以下简称FSP）玻璃,综合了磷酸盐玻璃和氟化物玻璃的优良物理化学和光学光谱性质。本论文利用Er3+/Yb3+共掺FSP玻璃制成增益光纤,实现激光输出,进一步实现单频和锁模激光输出,为高性能光纤激光器提供候选材料。为此本论文主要开展了以下研究工作:（1）设计了Er3+/Yb3+共掺FSP单模光纤(fluoro-sulfo-phosphate-based Er3+/Yb3+co-dopped fiber,以下简称FSP-EYDF)。测试了FSP-EYDF芯层玻璃中稀土离子的吸收发射截面和相应能级寿命,表明其有望实现1.5μm激光输出。根据设计结果,采用管棒法制备了单模FSP-EYDF。（2）表征了FSP-EYDF的性能。FSP-EYDF的损耗系数为0.045 d B/cm@1310nm,与本研究所之前制备的Er3+/Yb3+共掺磷酸盐光纤接近。放大的自发辐射（amplified spontaneous emission,以下简称ASE）光谱中心波长与发射截面谱图吻合。FSP-EYDF峰值增益可达4.7 d B/cm@1535 nm,有望实现1.5μm单频和锁模激光输出。（3）利用FSP-EYDF与光纤光栅,实现了1550 nm激光输出,最大输出功率8.2m W,斜率效率为7.6%,但输出激光存在两个纵模。利用FSP-EYDF实现了中心波长为1534.40 nm,阈值为18 m W,线宽为3.15 k Hz的单频激光。研究结果表明,FSP玻璃是实现单频激光的极具前景的备选基质材料。（4）利用FSP-EYDF与二色镜（dichroic mirrors,以下简称DF）,实现了斜率效率为11.3%,最大输出功率为21.34 m W的激光输出,表明该光纤具有良好的激光性能。利用FSP-EYDF,实现了中心波长为1610 nm,重复频率为1.598 GHz,阈值为90 m W的高重频锁模激光,研究结果表明基于FSP-EYDF单模光纤的短线性腔有望用于L波段高效、紧凑高重复频率锁模光纤激光器。
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