2μm光纤激光器的研究进展

近年来,2μm波段的光纤激光器由于在测高、测距、大气遥感等方面具有重要的应用前景而引起了广泛关注.光纤激光器以其耦合效率高、散热好、转换效率高、阈值低、光束质量好和窄线宽等优点在激光领域中占据了重要的地位.介绍了实现2 μm激光输出的3个基本条件,并分别介绍了单掺Tm3+与Tm3+,Ho3+共掺2μm光纤态激光器的发展状况,指出掺Tm3+光纤激光器2 μm连续激光输出能量应该还有很大的提升空间,在脉冲输出方面,Tm3+、Ho3+共掺激光器是一个今后研究的热点.     

大功率高效率中红外光纤激光器的研究进展

本文回顾了近期2μm和3μm高功率光纤激光器的研究工作,对高效率二极管直接泵浦的掺Tm3 和掺Ho3 石英光纤激光器、被动调制的2μm光纤激光器、离散波长的产生以及使用硫化物作为光纤材料的喇曼光纤激光器等几个方面的研究进展进行了介绍.     

Tm3+/Ho3+共掺碲酸盐玻璃的中红外发光及能量传递机理

用高温熔融法制备了Tm3+/Ho3+共掺碲酸盐玻璃(TeO2-ZnO-Na2O),根据测量得到的吸收光谱,应用Judd-Ofelt理论计算分析了玻璃样品中Ho3+离子的强度参数Ωt(t=2,4,6)、自发辐射跃迁几率A、荧光分支比β和荧光辐射寿命τrad等各项光谱参数。同时,测量得到了不同Ho3+离子掺杂浓度下玻璃样品的荧光发射谱。结果显示,在808nm抽运光激励下Tm3+/Ho3+共掺碲酸盐玻璃样品发射出较强的2.0μm中红外荧光。分析表明,较强的Ho3+离子中红外荧光来自于Tm3+/Tm3+离子间共振的能量传递过程,以及Tm3+/Ho3+离子间基于零声子和单声子辅助非共振的两部分能量传递过程。由此进一步计算得到了Tm3+/Tm3+、Tm3+/Ho3+离子间的能量传递微观速率、临界半径和声子的贡献。最后,计算分析了Ho3+…5I7→5I8能级间跃迁的2.0μm波段吸收截面、受激发射截面和增益系数。研究表明,Tm3+/Ho3+共掺TeO2-ZnO-Na2O玻璃可以作为2.0μm波段中红外固体激光器的潜在增益基质。     

2μm波段Tm,Ho:YAlO_3激光器研究进展及展望

2μm波段激光在医疗、环境监测、激光雷达、遥感探测、测距领域具有十分广阔的应用,近年来成为中红外光源研究的热点。Tm,Ho:YAlO3晶体具有较好的机械和热性能,能实现多种2μm波段激光连续及脉冲输出。对国内外2μm波段Tm,Ho:YAlO3激光器的研究进展进行了归纳与总结,包括Tm/Ho单掺YAlO3激光连续及脉冲振荡技术手段,Tm,Ho:YAlO3激光连续及脉冲振荡技术手段,高功率Tm,Ho:YAlO3激光器研究的最新进展等。技术手段涉及主动调Q、被动调Q、Tm激光抽运Ho激光等,并对Tm,Ho:YAlO3激光器的进一步发展及应用给予了展望。     

2μm波长掺Tm3+光纤激光器的研究进展

2μm波长掺Tm3 光纤激光器是应用于医学治疗、人眼安全和激光雷达等远程探测系统的理想光源.介绍了Tm 的能级特点,并对2μm波长掺Tm3 光纤激光器的各种泵浦方式进行了比较.     

准四能级双掺Tm/Ho钒酸钆激光器

在考虑两种离子发光的动力学进展基础上,描述了2μm双掺铥钬(Tm/Ho)系统Tm→Ho能量转移基本过程,建立双掺Tm/Ho系统准四能级速率方程,得出阈值抽运功率和斜率效率的表达式,并利用得出的结论去分析在液氮制冷下光纤耦合激光二极管(LD)端面抽运掺铥钬钒酸钆(Tm/Ho:GdVO4)激光器实验。通过实验,实现了2μmTm/Ho:GdVO4激光器的运转,在抽运功率14W时,激光输出功率3.5W,光-光转换效率25%,阈值抽运功率838mW,理论和实验有很好的一致性。同时也对实验中观测到的上转换绿荧光现象进行了定性的分析。     

2μm波段陶瓷激光器的进展

介绍了在2μm波段陶瓷激光器的实验研究进展,主要包括高功率、高效率的Tm:YAG陶瓷激光器,半导体直接泵浦的Ho:YAG陶瓷激光器和Tm光纤激光泵浦的Cr2+:ZnSe烧结成型的陶瓷激光器,这些激光器的输出涵盖了2~2.4μm波段。由于2μm波段的激光陶瓷具有较长的上能级寿命和相对较低的声子能量,不仅在连续波输出时,而且在脉冲输出时具有潜在的高转换效率。还讨论了2μm波段陶瓷的光谱特性,以及这些特性对于2μm波段激光输出性能的影响。     

1180nm激光抽运Tm,Ho石英光纤激光器理论研究

建立了1200nm带激光抽运下Tm3+,Ho3+共掺石英光纤激光器的理论模型,用数值模拟的方法从理论上对该激光器的性能进行了研究,与实验结果进行了对比分析,以寻求对该激光器性能进行优化的空间。结果表明,在最大入纤抽运功率(3.1W)下,不管是仅Tm3+在3H4,3H6能级之间产生辐射(光纤长度为1m)还是Tm3+,Ho3+之间发生能量转移(光纤长度为3m)时,理论分析所分别获得的1.14W和733mW的输出功率,与930mW和650mW的实验结果比较一致,特别是发生能量转移时。     

二极管泵浦准三能级固体激光器的新进展

对比了掺Nd3 、Yb3 、Ho3 、Tm3 等稀土离子的准三能级固体激光的特性,分析了它们在圆棒、板条、薄片、光纤等构型的固体激光器中的工作性能.着重总结了高平均功率掺Yb3 固体激光器的最新进展,最后简要介绍了本研究小组在高功率Yb:YAG/YAG复合板条激光器和光纤激光器两方面的最新研究结果.     

1565nm激光泵浦Tm^3＋：Ho^3＋共掺石英光纤激光器动态特性

利用1 565 nm激光作为Tm3 :HO3 共掺石英光纤激光器的泵浦带是一项较新的研究内容.动态特性能够有效反映激光振荡机制建立过程中能级粒子数和激光功率的变化情况.为系统实验的优化提供理论依据.建立了该泵浦带下系统的理论模型,基于速率方程和功率传输方程,采用离散算法,在Matlab软件中设置泵浦功率为3 W、光纤长度2.5 m条件下,分别对Tm3 :Ho3 共掺石英光纤的输入端、中点处和输出端的动态变化特性进行理论研究.结果表明:不同位置处.光纤对泵浦功率的吸收程度不同;光纤中粒子数和激光功率的弛豫振荡开始和持续的时间表现出较大差异,信号光振荡峰值远大于达到稳态时的功率:系统的光一光转化效率达到56%.     

2μm掺Tm3+石英光纤激光器的泵浦效率分析和研究进展

以泵浦效率的分析为视角和线索,综述了2μm掺 Tm3+石英光纤激光器研究历史和最新进展.通过对交叉驰豫、能量传递上转换、激发态吸收及基态吸收等过程的考察,详细分析了掺Tm3+石英光纤激光器三个不同吸收带的泵浦跃迁机制.从斯托克斯效率、斜率效率及泵浦结构的角度比较了三个泵浦波带的效率和优劣.指出3H6→3H4跃迁泵浦与ID良好的光谱匹配使其成为掺Tm3+石英光纤激光器最理想的泵浦方案.     

激光二极管双端抽运Tm:YLF 1.9 μm激光器

报道了一种激光二极管(LD)双末端抽运Tm:YLF激光器,在1.9 μm处获得了连续波(CW)输出。1.9 μm激光可用于抽运Ho晶体获得2 μm激光。在理论上,分析了掺Tm3+激光器的运转机制和能量转换损耗,计算出Tm:YLF激光器在理论上的斜率效率达到50%。在实验上,抽运源使用工作波长为792 nm的光纤耦合激光二极管,抽运光均分为两束双端抽运Tm:YLF晶体,两块晶体串接在折叠腔内。Tm:YLF 晶体的掺杂原子数分数为4%, 尺寸为3 mm×3 mm×12 mm。测量了输出镜在不同透射率情况下激光器的输出激光波长,当输出镜透射率T=26%时,在1.9μm处获得20.1 W的连续波激光输出,相应的抽运功率为75 W,阈值抽运功率为9 W,斜率效率为34%,光-光转换效率为27%。     

1565nm激光泵浦Tm∶Ho共掺石英光纤激光器稳态特性

与800nm和1180nm泵浦带相比较,1565nm泵浦有效消弱了多能级快速非辐射跃迁以及能量上转换损耗。建立了1565nm激光泵浦Tm3 ∶Ho3 共掺石英光纤产生2μm激光的理论模型,给出系统完整的速率方程和功率传输方程,采用数值模拟的方法对理想条件下系统稳态特性进行分析。结果表明,采用1565nm激光作为泵浦源,能够获得高效率的激光输出。在泵浦功率为3W、光纤长度2.2m时,输出功率高达1.7W、量子效率57%、斜效率67%。这是目前此类光纤获得的较好转换效率。     

Er3+/Yb3+共掺磷酸盐玻璃的发光与1.54μm激光性能

介绍了用于1.54μm激光发射的Er3 /Yb3 共掺激光材料的发展,并着重介绍了Er3 /Yb3 共掺磷酸盐玻璃的光谱性质,及其在玻璃激光器、光纤激光器、光纤放大器以及光波导中的应用.最后,对Er3 /Yb3 共掺磷酸盐玻璃材料的发展前景作了展望.     

低温下运行的光纤耦合激光二极管抽运Tm,Ho∶YLF激光器

为了实现小型化、高功率、高效率连续2μm激光输出,采用中心波长792nm激光二极管(LD)抽运双掺杂Tm,Ho∶YLF晶体,将晶体封装在装有350mL液氮的杜瓦装置中,使其工作在77K温度条件下。光纤耦合激光二极管出纤功率14.8W,数值孔径0.3,芯径400μm。激光二极管端面抽运Tm,Ho∶YLF激光器,产生2.05μm线偏振连续激光输出,最大功率5.2W。由于Tm3+离子能级间的交叉弛豫效应导致的高抽运量子效率,实验获得的光-光转换效率为35%,斜度效率达到40%。采用双端面抽运结构,两个激光二极管注入功率29.6W时,Tm,Ho∶YLF激光器输出功率达10.2W,相当于光-光转换效率33%,斜度效率36%。     

相位掩模法红外飞秒激光刻写光纤光栅技术

掺Tm3+光纤激光器在工业、医疗、科技及军事领域具有重要应用前景.光纤布拉格光栅(FBG)是构成光纤激光器的重要元件.但掺Tm3+光纤不具备光敏性,利用紫外脉冲激光很难在其中刻写FBG,即使采用增敏技术提高其光敏性,获得的FBG的折射率调制量也很小,尚不能满足应用要求,阻碍了掺Tm3+光纤激光器全光纤化的发展.以相位掩...     

Tm3+/ Ho3+离子掺杂中红外超快激光技术研究进展（特邀）

稀土离子Tm3+/ Ho3+ 掺杂中红外2 μm波段超快激光由于广泛的应用前景成为近十余年来激光领域的研究热点之一。文中首先综述了稀土离子Tm3+/Ho3+掺杂固体/光纤2 μm波段超快激光锁模技术进展,包括主动锁模技术以及饱和吸收、克尔透镜、非线性偏振旋转、非线性光环形镜、非线性多模干涉等被动锁模技术;其次,结合激光增益介质及色散管理技术回顾了Tm3+/ Ho3+掺杂固体和光纤锁模激光脉冲宽度压缩进展;再次,总结了Tm3+/ Ho3+大能量/高功率超快激光技术及进展;最后,对2 μm波段超快激光发展趋势进行了总结和展望。     

1565nm激光泵浦Tm:Ho共掺石英光纤激光器稳态特性

与800nm和1180nm泵浦带相比较,1565nm泵浦有效消弱了多能级快速非辐射跃迁以及能量上转换损耗.建立了1565nm激光泵浦Tm3 :Ho3 共掺石英光纤产生2μm激光的理论模型,给出系统完整的速率方程和功率传输方程,采用数值模拟的方法对理想条件下系统稳态特性进行分析.结果表明,采用1565nm激光作为泵浦源,能够获得高效率的激光输出.在泵浦功率为3W、光纤长度2.2m时,输出功率高达1.7W、量子效率57%、斜效率67%.这是目前此类光纤获得的较好转换效率.     

透镜组耦合793nm LD抽运掺Tm~(3+)光纤激光器

为了实现2μm激光高效输出,采用793nm激光二极管端面抽运掺Tm3+光纤激光器的方法设计了抽运光耦合系统,分析了掺Tm3+光纤激光器的交叉弛豫效应及热效应,并进行了相关的实验研究。结果表明,获得耦合系统的耦合效率为84%;当入纤抽运光功率为70W时,获得34W激光输出,斜率效率为59%,中心波长为2001.2nm,光束质量M2≤1.2。该研究结果对掺Tm3+光纤激光器的设计具有指导意义。     

低温下运行的光纤耦合激光二极管抽运 Tm,Ho:YLF激光器

为了实现小型化、高功率、高效率连续2μm激光输出，采用中心波长792nm激光二极管(LD)抽运双掺杂Tm．Ho：YLF晶体，将晶体封装在装有350mL液氮的杜瓦装置中．使其工作在77K温度条件下。光纤耦合激光二极管出纤功率14．8W．数值孔径0．3，芯径400μm。激光二极管端面抽运Tm，Ho：YLF激光器，产生2．05μm线偏振连续激光输出，最大功率5．2W。由于Tm^3-离子能级间的交叉弛豫效应导致的高抽运量子效率，实验获得的光-光转换效率为35％，斜度效率达到40％。采用双端面抽运结构．两个激光二极管注入功率29．6W时，Tm，Ho：YLF激光器输出功率达10．2W，相当于光光转换效率33％，斜度效率36％。