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对眼睛安全的输出超过100W可调谐光纤激光器

时间：2011-12-31 22:52:03  来源： 打印本文

对眼睛安全的输出超过100W可调谐光纤激光器

2005/10/8/9:33来源：中国激光网专家委员会作者：单振国 译    对眼睛安全的激光器，即那些辐射在1.5μm波段、不能穿过角膜的激光器，对许多应用来说，都是很重要的。这些应用包括自由空间通信、遥感和测距等。
    这些应用通常要求较高的功率，但传统的对眼睛安全的激光器，如二极管泵浦Er-Yb-玻璃或晶体激光器，由于高输出功率要求高泵浦光强，这时都会遇到热畸变问题。这种热畸变不仅会减低激光效率和限制输出功率, 而且还会降低输出光束的质量。而且，体材料固体激光器的波长调谐能力也很差，因为它们的带宽 100 W">相对较窄。

图1.(a) 对眼睛安全的光纤激光器使用一个双色后镜来反射激光波长和阻挡泵浦光。

    图1.(a) 对眼睛安全的光纤激光器使用一个双色后镜来反射激光波长和阻挡泵浦光。另一个腔镜由解理光纤面的菲涅耳反射提供。(b)在进行波长调谐实验时，研究人员用一块光栅作为后镜。

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    因为存在着这么多限制，因此，许多实验室都把目光对准了Er-Yb光纤激光器。这种激光器对热效应的反应比较迟钝，因为它们的表面-体积比较高。由于玻璃是非晶材料，它们的带宽较宽，因此，具有波长可调谐功能。最近，英国南安普敦大学的科学家们演示了一台包层泵浦的Er-Yb光纤激光器。该激光器运转在1.57μm波长，能产生188W的输出功率；在1532-1568nm波段范围内调谐，输出功率超过100W。
    一根3米长的双包层光纤，由一对波长为975nm的二极管激光堆从两端进行泵浦(图1)。这样的光纤长度相对较短，而30μm直径的纤芯则相对较大，这样就能消除有害的非线性效应。 入射到光纤端面的泵浦光，约有80%进入光纤。在光纤端面，有一个V型凹槽铜热沉，可去除没有入射到光纤里面的泵浦光功率，以及由Er-Yb系统内部量子缺陷所产生的热。

图2. 1565nm波长的输出的倾斜效率在高较高功率时稍微有点减少，

    图2. 1565nm波长的输出的倾斜效率在高较高功率时稍微有点减少，这是由1065nm波长处镱的寄生受激所引起的。但是，在两个波长的总功率岁泵浦功率线性增加, 这表明在没有效应的情况下，进一步增加输出功率是可能的。

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    激光输出是通过光纤解理面上3.6%的菲涅耳反射耦合出来的。研究人员让激光器在有或没有双色后镜(在激光波长，高反射；在泵浦波长高透射)的条件下进行运转。在没有双色后镜的情况下，解理面作为第二个激光腔镜，输出总功率比有双色后镜运转时高。有双色后镜时，单端输出功率为159W；在没有双色后镜时，两端输出的总功率为188W。在这两种情况下，由两端射入包层的泵浦功率均为466W。输出光束的M2为～1.9。

图3. 用光栅代替后镜,激光可从1531到1571nm之间调谐。

图3. 用光栅代替后镜,激光可从1531到1571nm之间调谐。插图：输出功率随泵浦功率线性增加。

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    1565nm波长输出功率的斜率效率，在功率较高时，略微减少,这是由在1065nm波长处镱的寄生激射所引起的(图2)。研究人员将双色镜插在激光器和泵浦二极管之间，以保护二极管不受1065nm辐射的影响。来自激光器的总功率（两个波长的功率之和）随泵浦功率线性增加，这表明：在热效应对输出功率开始限制之前，进一步提高输出功率是可能的。
    为了调谐激光器的波长，研究人员用光栅代替双色后镜，并对光纤端面进行抛光，让它以140的角度靠近光栅，使它不可能再成为腔镜(在波长调谐演示时，使用的光纤较短，长度仅为2米)。
    他们使激光器在1531到1571nm之间调谐，在1532- 1568nm波段，测出的输出功率超过100W(图3)。输出功率随泵浦功率线性变化，再一次表明进一步提高输出功率是可行的。