基于钬掺杂氟碲酸盐玻璃光纤1_μm全光纤激光器研究.pdf

基于钬掺杂氟碲酸盐玻璃光纤的~2.1μm全光纤激光器研究

摘要

2.1μm波段激光处于高透射率大气窗口及气体特征吸收频段，因而在遥感探测、激

光医疗、材料加工以及军事对抗等领域具有重要且明确的应用前景。与固体激光器、气

体激光器等激光产生方式相比，全光纤激光器具有集成度高、结构简单、转换效率高、

光束质量好等优点，已经成为激光产生的主流技术之一。石英光纤因其优良的机械性能

及超低的传输损耗在近红外波段激光输出方面获得了巨大的成功，然而其存在红外透过

窗口较窄且稀土掺杂浓度较低的缺点，这限制了其在中红外波段光纤激光领域的应用。

本论文旨在使用具有宽红外透过窗口及低声子能量的氟碲酸盐玻璃光纤研制全光纤高

效率2.1μm波段激光器，解决氟碲酸盐玻璃光纤光栅刻写以及石英与氟碲酸盐玻璃光

纤之间异质光纤熔接等关键技术问题，最终实现全光纤化2.1μm波段高效稳定激光输

出。利用飞秒激光逐线直写法刻写高反光纤布拉格光栅，采用非对称光纤熔接技术进行

氟碲酸盐玻璃光纤和单模石英光纤的熔接，最终再将石英光纤连接泵浦源，构建出全光

纤化激光器。本论文主要内容如下：

1.采用棒管法拉制了钬掺杂氟碲酸盐玻璃光纤，损耗为0.8dB/m。使用中心波长为

800nm的飞秒激光，采用逐线直写技术在自制的氟碲酸盐玻璃光纤内刻写光纤布拉格

光栅。研究了飞秒激光脉冲能量、光栅阶数和光栅长度对光栅光谱特性的影响，实验结

果表明，单脉冲能量为0.30μJ时制备的长度为10mm的三阶光纤布拉格光栅具有高的

反射率，其反射率为98%，中心波长为2075nm。

2.采用非对称光纤熔接技术，实现了自制的氟碲酸盐玻璃光纤与单模石英光纤之间

的低损耗、高强度熔接。通过优化熔接功率和熔接偏移量，获得了高质量的熔接点。采

用全光纤测试系统测量熔接点损耗，得到最低损耗为0.08dB，张力监测值为269g。

3.采用反射率为98%的光纤布拉格光栅作为激光腔镜，以28cm长的自制Ho3+掺杂

氟碲酸盐玻璃光纤作为激光介质，通过异质光纤熔接技术连接增益光纤和泵浦源，使用

1976nm掺铥石英光纤激光器作为泵浦源进行带内泵浦，成功获得了最大不饱和输出功

率为7.33W的全光纤激光输出，其对应的斜率效率高达93.4%。本工作基于钬掺杂氟碲

酸盐玻璃光纤实现的~2.1μm全光纤激光器具有结构紧凑和激光输出效率高的优势，为

实现高集成度全光纤化中红外激光器研制奠定了理论与技术基础。

关键词：~2.1μm全光纤激光器；飞秒激光直写；光纤布拉格光栅；异质光纤熔接

基于钬掺杂氟碲酸盐玻璃光纤的~2.1μm全光纤激光器研究

Abstract

The2.1μmwavelengthbandlaserislocatedinthehigh-transmissionatmosphericwindow

andgascharacteristicabsorptionfrequencyband,thushavingimportantandclearapplication

prospectsinfieldssuchasremotesensing,lasermedicaltreatment,materialprocessing,and

militaryconfrontation.Comparedwithotherlasergenerationmethodssuchassolid-stateand

gaslasers,all-fiberlasershavetheadvantagesofhighintegration,simplestructure,high

conversionefficiency,andgoodbeamquality,andhavebecomeoneofthemainstreamlaser

generationtechnologies.Silicafiberhasachievedgreatsuccessinnear-infraredwavelength

laseroutputdu