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国产化掺铥光纤激光振荡器性能研究

孟佳 张伟 赵开祺 余婷 吴闻迪 于春雷 李璇 李兴冀 叶锡生 曹清

孟佳, 张伟, 赵开祺, 余婷, 吴闻迪, 于春雷, 李璇, 李兴冀, 叶锡生, 曹清. 国产化掺铥光纤激光振荡器性能研究[J]. 中国光学(中英文), 2019, 12(5): 1109-1117. doi: 10.3788/CO.20191205.1109
引用本文: 孟佳, 张伟, 赵开祺, 余婷, 吴闻迪, 于春雷, 李璇, 李兴冀, 叶锡生, 曹清. 国产化掺铥光纤激光振荡器性能研究[J]. 中国光学(中英文), 2019, 12(5): 1109-1117. doi: 10.3788/CO.20191205.1109
MENG Jia, ZHANG Wei, ZHAO Kai-qi, YU Ting, WU Wen-di, YU Chun-lei, LI Xuan, LI Xing-ji, YE Xi-sheng, CAO Qing. Investigation on the performance of a homemade thulium-doped fiber laser oscillator[J]. Chinese Optics, 2019, 12(5): 1109-1117. doi: 10.3788/CO.20191205.1109
Citation: MENG Jia, ZHANG Wei, ZHAO Kai-qi, YU Ting, WU Wen-di, YU Chun-lei, LI Xuan, LI Xing-ji, YE Xi-sheng, CAO Qing. Investigation on the performance of a homemade thulium-doped fiber laser oscillator[J]. Chinese Optics, 2019, 12(5): 1109-1117. doi: 10.3788/CO.20191205.1109

国产化掺铥光纤激光振荡器性能研究

doi: 10.3788/CO.20191205.1109
基金项目: 

中国科学院"百人计划"项目 1505521XRO

空间环境材料行为及评价技术国家级重点实验室基金项目 6142910030613

详细信息
    作者简介:

    孟佳(1993-), 男, 河北唐山人, 硕士研究生, 2015年于东华大学获得学士学位, 现为上海大学与中国科学院上海光学精密机械研究所联合培养硕士研究生, 主要从事光纤激光器及中红外激光器方面的研究。E-mail:mengjia_sh@126.com

    余婷(1977-), 女, 福建福州人, 博士, 高级工程师, 2011年于中国科学院上海光学精密机械研究所获得博士学位, 主要从事激光技术及非线性频率转换方面的研究。E-mail:yuting@siom.ac.cn

    叶锡生(1967-), 男, 江苏泰兴人, 博士, 研究员, 1989年、1997年于浙江大学分别获得学士、博士学位, 主要从事激光技术、激光与物质相互作用等方面的研究。Email:xsye@siom.ac.cn

  • 中图分类号: TN248

Investigation on the performance of a homemade thulium-doped fiber laser oscillator

Funds: 

the Hundred-Talent Program of the Chinese Academy of Sciences 1505521XRO

the Foundation of the National Key Laboratory of Materials Behavior and Evaluation Technology in Space Environment 6142910030613

More Information
  • 摘要: 目前,掺铥光纤激光器(TDFL)所使用的材料和器件,特别是增益光纤,多为外国公司所生产,因而,有必要开展基于国产材料和器件的该类激光器研究。本文报道了基于自研增益光纤建立的连续波掺铥光纤激光振荡器的性能。实验中,利用纤芯直径为10 μm的自研掺铥光纤、国产泵浦源及光纤光栅搭建了三台振荡器,分别产生了中心波长为1 918、1 941和2 013 nm的激光输出。此外,对国产与进口增益光纤的激光输出特性进行了比较。实验结果表明,与进口光纤相比,自研掺铥光纤在输出效率方面低6%~11%,但是光谱线宽保持良好(0.1 nm左右),且在近场光斑分布方面具有一定优势。

     

  • 图 1  铥离子的吸收光谱

    Figure 1.  Absorption spectrum of the thulium ions

    图 2  铥离子的能级分布及其寿命

    Figure 2.  Energy-level distribution of thulium ions and their lifespans

    图 3  掺铥光纤激光器数值模拟结果

    Figure 3.  Simulation results of thulium-doped fiber lasers

    图 4  掺铥光纤激光振荡器原理结构

    Figure 4.  Schematic of the thulium-doped fiber laser oscillator

    图 5  国产化掺铥光纤激光振荡器输出功率和光谱实验结果。(a)信号光功率与泵浦功率的关系;(b)~(d)1 918 nm、1 941 nm和2 013 nm振荡器的光谱

    Figure 5.  Experimental results of output power and spectra of the domestic thulium-doped fiber laser oscillators. (a)Relationship between signal power and pump power; (b)~(d)spectra of 1 918 nm, 1 941 nm and 2 013 nm oscillators

    图 6  国产化掺铥光纤振荡器输出激光的近场光斑分布

    Figure 6.  Near-field spots of output laser from the domestic thulium-doped fiber oscillators

    图 7  不同增益光纤长度下输出激光功率与泵浦光功率之间的关系

    Figure 7.  Relationship between output laser power and pump power under different gain fiber lengths

    图 8  60 min内掺铥光纤激光器功率稳定性

    Figure 8.  Stability of output power of TDFL in 60 min

    图 9  更高泵浦功率下的功率输出曲线

    Figure 9.  Relationship between signal power and pump power with higher pump power

    图 10  采用进口和国产掺铥光纤的激光振荡器输出功率对比实验结果

    Figure 10.  Contrast experimental results of the output powers of laser oscillators by using the domestic and imported TDFs

    图 11  进口掺铥光纤振荡器输出激光的近场光斑分布

    Figure 11.  Near-field spots of the output laser from oscillators by using the imported thulium-doped fiber

    表  1  光纤布拉格光栅参数表

    Table  1.   Parameters of the FBGs

    1 λc=1 917.78 nm, λc=1 917.81 nm,
    Δλ=1.2 nm, Δλ=0.08 nm,
    R>99% R≈10%
    2 λc=1 941.42 nm, λc=1 941.67nm,
    Δλ=1.1 nm, Δλ=0.11 nm,
    R>99% R≈30%
    3 λc=2 013.34 nm, λc=2 013.34 nm,
    Δλ=0.84 nm, Δλ=0.16 nm,
    R>99% R≈11%
    Notes:①λc is the central wavelength; ②Δλ is the linewidth; ③R is the reflectivity.
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    表  2  采用进口和国产掺铥光纤的激光振荡器的输出效率和光谱特性

    Table  2.   Output efficiencies and spectral characteristics of the laser oscillators by using the domestic and imported TDFs

    光纤 中心波长/nm 输出功率/W 泵浦功率/W 斜率效率/% 光-光转化效率/% 线宽/nm
    进口 1 918.00 2.92 10.52 34.6 27.7 0.09
    国产 1 917.80 2.38 10.52 28.0 22.6 0.08
    进口 1 941.72 3.96 10.88 43.1 36.3 0.10
    国产 1 941.75 2.95 10.88 31.8 27.1 0.09
    进口 2 013.33 3.50 10.40 37.0 33.7 0.09
    国产 2 013.38 2.92 10.40 29.1 28.0 0.10
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-11-27
  • 修回日期:  2019-01-09
  • 刊出日期:  2019-10-01

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