[發明專利]一種1.6-1.7μm波段的短波長摻Tm光纖激光器

有效

• 申請號: 202110090305.6
• 申請日: 2021-01-22
• 公開（公告）號: CN112886375B
• 公開（公告）日: 2022-09-13
• 發明（設計）人: 盛泉;王盟;張露;張鈞翔;史偉;姚建銓
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: H01S3/067
• 分類號: H01S3/067;H01S3/08;H01S3/094
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 李林娟

本發明公開了一種1.6?1.7μm波段的短波長摻Tm光纖激光器，激光器包括：泵浦源發射摻Er有源光纖吸收帶內的泵浦光，摻Er有源光纖吸收泵浦光，當激光增益超過由對L?band內某一波長高反射的第一摻Er光纖激光器光纖光柵和第二摻Er光纖激光器光纖光柵構成的摻Er光纖激光器諧振腔損耗后，形成1570nm附近的L?band激光在該諧振腔內振蕩；摻Tm有源光纖吸收1570nm激光，產生激光增益，在摻Tm光纖激光器高反光纖光柵和摻Tm光纖激光器輸出光纖光柵構成的摻Tm光纖激光器諧振腔作用下形成1.6?1.7μm波段的短波長激光在該諧振腔內振蕩，并經過摻Tm光纖激光器輸出光纖光柵輸出；摻Tm有源光纖置于摻Er光纖激光器諧振腔之內。

技術領域

本發明涉及光纖激光器領域，尤其涉及一種1.6-1.7μm波段的短波長摻Tm光纖激光器。

背景技術

摻Tm(銩)光纖具有覆蓋1.6-2.1μm的寬發射譜，因此以摻Tm光纖為增益介質的光纖激光器具有極寬的波長調諧潛力。然而，目前的摻Tm光纖激光器的輸出波長主要集中在摻Tm光纖的1.9μm發射峰附近，通過一定的波長選擇措施能夠拓展到1.7-1.8μm以及2.0μm附近，1.6-1.7μm波段短波長的報道則比較少見，其原因一方面在于Tm離子在短波長處的受激發射截面相比1.9μm發射峰處明顯下降，這一點與2.0μm長波長處面臨的情況相近；另一方面1.6-1.7μm短波長波段接近Tm離子1.5-1.6μm的吸收峰，受激吸收截面較大，會產生明顯的重吸收損耗(reabsorption loss)，因此難以獲得有效的凈增益。

Tm離子吸收1.5μm波段泵浦光、發射1.6-2.1μm激光的躍遷過程屬于典型的二能級系統，即認為幾乎全部的Tm離子都處于激光下能級³H₆和激光上能級³F₄上。因此，形成激光增益、產生激光輸出的必要條件是提供足夠的泵浦強度，使得有足夠多的激光下能級³H₆上的離子躍遷至激光上能級³F₄上，使受激發射過程產生的增益超過受激吸收過程產生的損耗。當激光下能級³H₆上的粒子數n1被顯著消耗時，反轉粒子數n2-n1才能夠得到保證，在受激吸收截面不變的情況下，由受激吸收截面σ12和下能級粒子數n1的乘積所決定的對1.6-1.7μm信號光的吸收系數也會明顯降低，因此，泵浦強度對于1.6-1.7μm短波長波段的摻Tm光纖激光器是至關重要的。目前1.6-1.7μm的摻Tm光纖激光器往往依靠高泵浦功率，結合光纖長度(也即吸收)和耦合輸出的優化，實現1.6-1.7μm波段激光的振蕩和輸出。但如前所述，受摻Tm光纖在短波長波段的重吸收損耗所限，一般不宜采用較長的、摻雜濃度較高的摻Tm光纖，加之二能級系統中實現粒子數反轉時激光下能級³H₆上的粒子有很大一部分被泵浦至激光上能級³F₄上，在減小對信號光的重吸收損耗的同時，對泵浦光的吸收也進一步下降。因此，短波長摻Tm光纖激光器一般存在對泵浦光吸收利用較差的問題，閾值高、效率低^[1,2]。

以上可見，限制摻Tm光纖實現高效的1.6-1.7μm波段短波長激光輸出的主要矛盾在于摻Tm光纖對短波長信號光明顯的重吸收損耗與泵浦吸收之間的矛盾。如果能夠設法增加泵浦強度，同時在不增加重吸收損耗的前提下提高摻Tm有源光纖對泵浦光的吸收利用，就能夠克服上述矛盾，實現高效率的1.6μm波段短波長摻Tm光纖激光器。

參考文獻

[1]Lu Zhang,Junxiang Zhang,Quan Sheng,Shuai Sun,Chaodu Shi,Shijie Fu,Xiaolei Bai, Qiang Fang,Wei Shi,and Jianquan Yao,Efficient multi-watt 1720nmring-cavity Tm-doped fiber laser,Opt.Express,28(25),37910-37918(2020)