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      無包層 Yb:YAG 晶體光纖純波導激光器

      時間:2017-02-05人氣: 作者: 鐳屏科技

      導讀: 正如塊體固態激光器一樣,從使用摻雜玻璃到使用摻雜單晶增益介質的轉變,是提升單臺光纖激光器輸出功率的重要一步。


      鐳屏科技激光網訊:正如塊體固態激光器一樣,從使用摻雜玻璃到使用摻雜單晶增益介質的轉變,是提升單臺光纖激光器輸出功率的重要一步。出于這個原因,單晶光纖(SCF)正處于緊鑼密鼓的發展狀態。目前市場上已經存在各種構造,包括使用無粘合劑粘合形成的晶體包層晶體光纖(難以制造,因此不適合大規模生產)、玻璃包層晶體光纖(由于玻璃包層的熱絕緣性能,因此不適合功率提升)和無包層SCF(非常適合于研究應用,但若要適合更廣泛的應用,還需要合適的包層沉積技術)。

      先前測試的無包層 SCF 配置,包括具有 1mm 或更小直徑的短(長度30~60mm)泛光照明晶體棒,其中泵浦光由于全內反射而被約束在棒內,但輸出激光本身的模式結構僅由腔鏡所確定。換句話說,SCF 沒有起到激光波導的作用,相比光纖激光器更像塊體激光器。

       

      相比之下,最近由美國陸軍研究實驗室(ARL)和美國Shasta Crystals 公司的研究人員,聯合開發和測試的更長且更薄的二極管泵浦無包層摻鐿 YAG(Yb :YAG)晶體激光器,已經展示了純波導激光器運行模式(見圖1)。該SCF由Shasta Crystals公司制造,直徑為100μm,長度為 100mm,摻雜濃度為 1%,使用激光加熱基座生長(LHPG)技術,具有適用于大規模生產 SCF 的潛力(盡管將需要開發可大規模生產的晶體包層沉積方法)。該光纖使得 SCF的實驗和優化成為可能。

      高轉換效率

      在實驗裝置中,SCF 的非減反涂覆部分夾在兩片激光腔鏡之間,來自線偏振激光二極管的發射波長為969nm、帶寬為 3nm 的激光,聚焦在光纖的一端上,通過后(二向色)腔鏡進入光纖。光纖松弛地放置在 V 形槽中,以使其具有最小的物理接觸,而凸透鏡準直激光器的輸出。一片會聚透鏡、激光線濾光片以及激光功率計,用于收集有關激光輸出的數據。由于考慮到對光波導會產生不利影響,所以沒有使用導熱脂從光纖吸熱,二極管泵浦以 1% 占空比的準連續波(QCW)模式工作,以保持光纖冷卻。1ms 的泵浦脈沖長度與 YAG中 Yb3+ 的上激光能級壽命在同一量級上,因此實驗結果代表了CW運行,只是在降低的熱負荷下。

      研究人員嘗試了從18%~70%的各種輸出鏡反射率,發現最佳反射率為25%。使用91.6W的QCW泵浦輸入(由于1% 的占空比,平均值略低于1W),QCW激光輸出功率在1030nm 波長處約為 53W,這表明光纖激光器即使在未經優化的實驗配置中也有效。

      對于SCF參數本身,Shasta Crystals 公司總裁兼首席執行官Giselle Maxwell 解釋說,1%的摻雜水平是通過光譜研究確定的,以幫助決定什么濃度將提供最佳的激光發射條件 ;通過相同的光譜研究來確定晶體的長度,以確定對于一定濃度的摻雜離子,晶體應該是多長、以實現泵浦光束的最大吸收,以及晶體中最有效的激光作用 ;并且晶體直徑根據用戶的便利性和期望什么效果來確定(更小的直徑獲得更好的光波導)。

      “我們的下一步工作將是改進包層技術(主要是包層的厚度),以提供真正的全晶體雙包層單晶光纖,因為改善的導熱屬性,其性能將勝過任何雙包層玻璃光纖。”Maxwell指出。(文/John Wallace)



       

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