铒镱共掺磷酸盐光纤环形腔脉冲激光器

为 了分析方 便 ， 铒镱共 掺 系统做 以下简 化 ： 对 由 于铒离 子在 。 Ｉ 能级 上 的 寿命 很 短 ， 会很 快 跃 迁 到
亚稳 态 能级 Ⅲ。 因此 。ｚ Ｉ ， Ｉ 能级 上 的粒 子数很 小 ， 可
现脉 冲输 出．
以假 定其 粒子 数密度 为 ０ 其 次 ， 没有 后 向能 量传 ； 在
量级 ． ］ 本文 着重 研 究 这种 光 纤 应用 在 超 短 脉 冲光 纤激 光器 中的激 光 特 性． 由于实 验 室 只能 提 供 最 大 输 出功 率为 ４ ０ｍｗ 左 右 的 ９ ０ ａ 泵 浦 源 ， ０ ８ ｍ 因此 ，
的最佳 增益光 纤长 度． 由文 献 ［ ］ ５ 和文 献 Ｅ ］ 们 得 ６我 到铒 镱共掺 系统 的传输 方程 （ 速率方 程从 略） ．
第 ４卷
第 ４期
材
料
研
究
与Fra Baidu bibliotek
应
用
Ｖ ｏ ．４， １ Ｎｏ． ４ Ｄｅ ｃ． ２０ １０
２０１０年 １２月
Ｍ ＡＴＥＲＩ ＡＬＳ ＲＥＳ ＥＡＲＣＨ ＡＮＤ ＰＬ ＣＡＴ１ ＡＰ Ｉ ０Ｎ
文 章 编 号 ： ６ ３ ９ ８ （ ０ ０ ０ — ３ ００ １ ７—９ １ ２ １ ）４０ ６—３
关 键 词 ： 镱 共 掺 磷 酸 盐 光 纤 ； 形 腔 光 纤激 光 器 ；非 线性 偏振 旋 转 铒 环 中 图 分 类 号 ： ４ Ｏ ３ 文 献 标识 码 ： Ａ
近年来 ， 随着 铒 镱 共掺 磷 酸 盐 玻璃 光 纤 在 高 功 率 单频 窄 线 宽 光 纤 激 光 器『 、 短 脉 冲 光 纤 激 光 １ 超 ］ 器 和高功 率单频 脉 冲光纤 激光器 － 等 方面 的应 用 ３ 越来 越广 泛 ， 铒 镱共 掺磷 酸 盐玻 璃 光 纤 的性 能 要 对 求也 越来越 高 ， 其是 在低传 输损耗 和 高增益 方 面． 尤 最近， 华南 理工 大 学光 通 信 材料 研 究 所 利用 管 棒 法 拉制 出 了高 掺 杂浓 度 的 铒镱 共 掺 磷 酸盐 玻 璃 光纤 ， 其纤 芯直径 为 ５ ４ ． ｍ， １ ５ ｍ 处 的数值 孔径 为 在 ５ ０ｎ ０ ２ 用 ９ ０ｒ 半 导体激 光器 泵浦 长度 为 １ ５ｃ 的 ． ． ８ ｍ ｉ ． ｍ 铒镱共 掺磷 酸盐 玻 璃 光 纤 ， 获 得 大 于 ３ ０ｄ ／ ｍ 能 ． Ｂ ｃ 的净增 益 ， 目前 商 用 的石英 光 纤 放 大器 高 两个 数 比
铒镱 共掺 磷 酸 盐 光 纤环 形腔 脉 冲激 光器 ＊
张伟 南 ，韦 小 明 ，徐 善 辉 ，杨 中民
（ 南 理 工 大 学 光 通 信材 料 研 究 所 ，广 东 广 州 ５０ ４ ） 华 １６ １ 摘 要 ： 用 管 棒 法 拉 制 出 单 位 长 度增 益大 于 ３ ０ｄ ／ｍ 的 高 掺 杂 浓度 的铒 镱 共 掺 磷 酸 盐 单 模 光纤 ； 利 ． Ｂ ｃ 以
＊基 金 项 目 ： 国家 自然 科 学 基 金 资 助项 目（０ ７ ０ ０ ； ６ ９ ７ ６ ） 华南 理 工 大 学 基金 （ ０ Ｅ ０ ０ ７ ） Ｂ ９ ５ ６ ５ ０
作者简介： 张伟 南 （９ ４ ） 男 ， １ ５ 一 。 广东 广 州 人 ， 程 师． 工
第４ 卷
第 ４ 期
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下
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一
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１３
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ｒ １ｐ
关 发射截 面 ； （ 是增 益光纤 的频率 相关 背景 损耗 ； ａ ）
Ｐ （ ） Ｐ （ ） 别 为泵 浦 光 和信 号 光 沿增 益 光纤 ｚ 和 。 分
纵 向功率 分布 ； ＾是普 朗克 常数．
需利 用数值 模拟 方法求 得泵 浦功率 为 ３ ０ｍｗ 时 的 ０
最 佳增 益光纤 长度 ． 在实 验方 面 ， 利用 非线性 偏 振旋 转锁模 技术 对环 形 腔 光 纤激 光 器 进行 调 制 ， 而 实 进
１ 数 值 模 拟
利 用数值 分析 方法 找 出泵浦功率 为 ３ ０ｍｗ 时 ０
收 藕 日期 ：０ ０ｌ —Ｏ ２ １一０２
输 和能量上 转 换 主要 发 生 在亚 稳 态 能级 的情况 下 ，
铒 离子 系统可 以 简化 为 二 能级 系 统［ ． 于 以上 简 ６基 ］
化， 当激光 器达 到稳定状 态时 ， （ ） 式 １ 和式 （ ） 以通 ２可
这 种 光 纤 作 为增 益介 质 ， 利 用 非 线 性 偏 振 旋 转 技 术 实 现 了 毫 瓦 级 脉 冲 激 光 输 出． 泵 浦 功 率 为 ３０ 并 当 ０
ｍｗ 时 ， 形 腔 光 纤激 光 器 的平 均 输 出功 率 为 ８ １ 环 ． ３ｍＷ ， 冲 重 复 率 为 １ ． Ｈｚ脉 冲激 光 光 谱 的 ３ 脉 ７ １Ｍ ， 一 ｄ Ｂ带 宽 为 ０ ４ ｍ， 换 极 限脉 冲宽 度 为 ５ ０ｐ． ．９ｎ 转 ． ｓ
张 伟 南 ， ： 镱 共 掺 磷 酸 盐 光 纤 环 形 腔 脉 冲 激 光 器 等 铒
一
［ （ ） 。 ， ） ａ ｖ） Ｐ （ ） （ ） ， ｍｇ （ － （ ］ ２ ２
式（） １ 和式 （ ） ， （ ， ） 铒 离 子 的 。 ２ 中 。 ｒ 是 Ｉ 能
级 上 的粒子数 密度 ； （ ， ） 卵 （ ， ） 别为镱 离 ｒ ｚ 和 ｒ ２分 子 的 和。 ５ 能级 上 的粒 子 数 密 度 。 ） Ｆ／ Ｆ／ ２ （ 和 （） 分别 为铒离 子 和镱离 子的频 率相关 吸 收截 面 ； ｇ （ ） ｇ （ ） 别为铒 离 子和镱 离 子 的频 率 相 ， 和 。 ， 分