第２６卷第２期 强 激 光 与 粒 子 束 Ｖｏ１．２６，ＮＯ．２ ２０１４年２月 ＨＩＧＨ ＰＯＷＥＲ ＬＡＳＥＲ ＡＮＤ ＰＡＲＴＩＣＬＥ ＢＥＡＭＳ Ｆｅｂ．，２０１４ 百瓦级全光纤结构单频掺铥主振荡功率放大器 王 雄， 周４１、， 王小林， 肖 虎， 司 磊 （国防科学技术大学光电科学与工程学院，长沙４１００７３） 摘 要： 报道了平均功率超过百瓦的单频掺铥全光纤结构主振荡功率放大器。使用线宽小于１００ ｋＨｚ、 中心波长为１．９７ ｍ的单频种子源进行级联放大，主放大器的斜率效率为５Ｏ 。监测放大器的回光功率和光 谱，没有发现受激布里渊散射以及其他非线性效应。通过增加泵浦功率，可以获得更高功率的掺铥单频放大输 出。 关键词： 单频激光； 中红外激光； 全光纤结构主振荡功率放大器； 掺铥光纤激光器 中图分类号：ＴＮ２４８ 文献标志码： Ａ ｄｏｉ：１０．３７８８／ＨＰＬＰＢ２０１４２６．０２０１０１ 单频掺铥激光器在激光雷达、相干合成、大气监测、环境测量、生物医学等领域有着巨大的应用前景，受到 了相关研究人员的广泛关注。光纤激光器具有稳定性高、便于封装、热管理方便、光束质量好等优点，因而掺铥 光纤激光器尤其是单频掺铥光纤激光器在近年来发展迅速Ⅲ】 ］。２００９年，Ｇｏｏｄｎｏ等人［２］利用空间结构的光纤 激光放大器，使单频掺铥激光的输出功率达到了６０８ Ｗ。在全光纤结构方面，Ｍｅｌｅｓｈｋｅｖｉｃｈ等人口 于２００５年 实现了１０ ｗ单频掺铥光纤激光输出，放大器可以适用于中心波长在１８００￣２０１０ ｎｍ之间的单频激光器；２００７ 年，Ｇａｐｏｎｔｓｅｖ等人［４］报道了２Ｏ ｗ单频掺铥光纤激光输出，中心波长为１．９３ ｆｆｍ。本课题组实现了中心波长 为１．９７ ｍ、功率为５１．５ Ｗ的全光纤结构单频掺铥激光输出。目前，已报道的基于全光纤结构的单频掺铥激 光放大器的输出功率尚未达到百瓦量级。 本文报道基于全光纤结构的单频掺铥激光放大器，对基于超短腔技术 ］、线宽小于１００ ｋＨｚ的单频光纤 激光种子源进行级联功率放大。通过两级预放，将种子功率从４Ｏ ｍｗ放大到３ ｗ，然后利用图１（ａ）中的主放 大器进行功率放大。主放大器通过（６＋１）Ｘ １的信号一泵浦合束器将泵浦光和预放的信号光注入掺杂光纤。 泵浦源为波长是７９３ ｎｍ的半导体激光器（ＬＤ），增益介质是３ ｍ长的双包层掺铥光纤（ＤＣ ＴＤＦ），纤芯和内包 层直径分别为２５ ｍ和２５０ ｍ，在７９３ ｎｍ的吸收系数约为８ ｄＢ／ｍ。掺杂光纤的输出端熔接０．５ ｍ长的匹 配被动光纤进行功率输出，被动光纤输出端切８。斜角以避免端面反馈。掺杂光纤置于水冷盘上进行温度控 制。实验中仅使用了５个Ｉ Ｄ进行泵浦，合束器的一个闲置端口用于监测放大器回光功率和光谱。从图１（ｂ） 可看出输出功率随着泵浦功率增加近似线性增长，最高功率达到了１０２ Ｗ，斜率效率为５０ 。 ｌ０ ｐ７ ａｎｇｌｅ ｃｌｅａｖｅｄ ｐｕ 喜 ８ 。． ０ ４０ ０ Ｊ ２０ ｌ６Ｕ ２ＵＵ ｐｕｍｐ ｐｏｗｅｒ／Ｗ Ｆｉｇ．１ Ｓｅｔｕｐ ｏｆ ｍａｉｎ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ ａｎｄ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｏｆ ｏｕｔｐｕｔ ｐｏｗｅｒ ａｎｄ ｐｕｍｐ ｐｏｗｅｒ 图１主放大器结构示意图及泵浦功率与输出功率关系曲线 图２（ａ）中给出了放大器的输出光谱图，从图中没有发现明显的非线性效应。图２（ｂ）中是放大器的回 光功率和回光光谱曲线。随着输出功率的增加，回光功率逐渐近似线性增加，但是并未有突增现象，间接说明 了受激布里渊散射（ＳＢＳ）效应没有发生，即放大器工作在ＳＢＳ阈值之下＿７］。因而该单频掺铥光纤激光功率放 ＊收稿日期：２０１３—１１—０５； 修订日期：２０１３ １２—１８ 作者简介：王雄（１９８７一），男，博士研究生，主要从事高能激光技术方面研究；ｗａｎｇｘｉｏｎｇｎｕｄｔ＠１６３．ＣＯｌＩ１。 通信作者：周朴（１９８４一），男，副研究员，主要从事高能激光技术方面研究；ｚｈｏｕｐｕ２０３＠１６３．ｃｏｒｎ。 ０２０ｌＯ１—１ 强 激 光 与 粒 子 束 ２ １ 基∞ｐ／ 一 一 一。兰一旨ｊＪ１。 ∞ 一 一≥ ｇ ５ ≥ １０ △ 加 如 ∞ 如 ∞ 毫 ≥ 止 ０ ９ Ｏ ３ １ ７００ １８００ ｌ９００ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ／ｎｍ ２０００ Ｏ ２０ ４０ ６０ ８０ １００ ｏｕｔｐｕｔ ｐｏｗｅｒ／Ｗ Ｆｉｇ．２ Ｓｐｅｃｔｒｕｍ ｏｆ ｔｈｅ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ ａｎｄ ｂａｃｋｗａｒｄ ｐｏｗｅｒ ａｎｄ ｂａｃｋｗａｒｄ ｓｐｅｃｔｒｕｍ 图２放大器输出光谱及回光功率和回光光谱图 大器的因素不在于ＳＢＳ等非线性效应。通过增加泵浦功率，可以获得更高的功率输出。 参考文献： ［１］Ａｇｇｅｒ Ｓ，Ｐｏｖｌｓｅｎ Ｊ Ｈ，Ｖａｒｍｉｎｇ Ｐ．Ｓｉｎｇｌｅ—ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｔｈｕｌｉｕｍ—ｄｏｐｅｄ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ—ｆｅｅｄｂａｃｋ ｆｉｂｅｒ ｌａｓｅｒ［Ｊ］．Ｏｐｔ Ｌｅｔｔ，２００４。２９（１３）：１５０３— １５０５． ［２］Ｇｏｏｄｎｏ Ｇ Ｄ，Ｂｏｏｋ Ｌ Ｄ，Ｒｏｔｈｅｎｂｅｒｇ Ｊ Ｅ．Ｌｏｗ－ｐｈａｓｅ—ｎｏｉｓｅ，ｓｉｎｇｌｅ—ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ，ｓｉｎｇｌｅ—ｍｏｄｅ ６０８ Ｗ ｔｈｕｌｉｕｍ ｆｉｂｅｒ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ［Ｊ］．Ｏｐｔ Ｌｅｔｔ， ２００９，３４（８）：１２０４—１２０６． ［３］Ｍｅｌｅｓｈｋｅｖｉｃｈ Ｍ，Ｄｒｏｚｈｚｈｉｎ Ａ，Ｐｌａｔｏｎｏｖ Ｎ，ｅｔ ａ１．１０ Ｗ ｓｉｎｇｌｅ—ｍｏｄｅ ｓｉｎｇｌｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｔｍ—ｄｏｐｅｄ ｆｉｂｅｒ ａｍｐｌｉｆｉｅｒｓ ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ ｆｏｒ １８００—２０２０一ｎｍ ｂａｎｄ［Ｃ］／／Ｐｒｏｃ ｏｆ ＳＰＩＥ．２００５，５７０９：１１７—１２４． ［４］Ｇａｐｏｎｔｓｅｖ Ｄ，Ｐｌａｔｏｎｏｖ Ｎ，Ｍｅｌｅｓｈｋｅｖｉｃｈ Ｍ，ｅｔ ａ１．２Ｏ Ｗ ｓｉｎｇｌｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｆｉｂｅｒ ｌａｓｅｒ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ａｔ １．９３／．ｔｍ［Ｃ］／／Ｌａｓｅｒｓ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏ—Ｏｐｔｉｃｓ， ＣＩ ＥＯ ２００７．２００７：１—２． ［５］ 杨未强，张斌，侯静，等．增益开关锁模２ ｍ铥／钬共掺光纤激光器［Ｊ］．强激光与粒子束，２０１２，２４（１１）：２５２１—２５２２．（Ｙａｎｇ Ｗｅｉｑｉａｎｇ， Ｚｈａｎｇ Ｂｉｎ，Ｈｏｕ Ｊｉｎｇ，ｅｔ ａ１．Ｇａｉｎ—ｓｗｉｔｃｈｅｄ ａｎｄ ｍｏｄｅ—ｌｏｃｋｅｄ ２ ｕｍ Ｔｍ／Ｈｏ—ｃｏｄｏｐｅｄ ｆｉｂｅｒ ｌａｓｅｒ．Ｈｉｇｈ Ｐｏｗｅｒ Ｌａｓｅｒ ａｎｄ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｂｅａｍｓ， ２Ｏ１２，２４（１１）：２５２１－２５２２） ［６］Ｇｅｎｇ Ｊ，Ｗａｎｇ Ｑ，Ｌｕｏ Ｔ，ｅｔ ａ１．Ｓｉｎｇｌｅ—ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｎａｒｒｏｗ—ｌｉｎｅｗｉｄｔｈ Ｔｍ—ｄｏｐｅｄ ｆｉｂｅｒ ｌａｓｅｒ ｕｓｉｎｇ ｓｉｌｉｃａｔｅ ｇｌａｓｓ ｆｉｂｅｒ［Ｊ］．Ｏｐｔ Ｌｅｔｔ，２００９，３４ （２２）：３４９３－３４９５． ［７］ 梁丽萍，常丽萍．光纤放大器中的受激布里渊散射阈值［Ｊ］．强激光与粒子束，２０１ｌ，２３（９）：２０４５—２０４８．（Ｌｉａｎｇ Ｌｉｐｉｎｇ，Ｃｈａｎｇ Ｌｉｐｉｎｇ．Ｓｔｉｍ— ｕｌａｔｅｄ Ｂｒｉｌｌｏｕｉｎ ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ ｉｎ ｆｉｂｅｒ ａｍｐｌｉｆｉｅｒｓ．Ｈｉｇｈ Ｐｏｗｅｒ Ｌａｓｅｒ ａｎｄ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｂｅａｍ ｓ，２０１１，２３（９）：２０４５—２０４８） １ ００＿＿Ｗ＿＿ｌｅｖｅｌ ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ ｓｉｎｇｌｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｔｍ。＿ｄｏｐｅｄ ｆｉｂｅｒ ＭＯＰＡ Ｗａｎｇ Ｘｉｏｎｇ， Ｚｈｏｕ Ｐｕ， Ｗａｎｇ Ｘｉａｏｌｉｎ，Ｘｉａｏ Ｈｕ， Ｓｉ Ｌｅｉ （Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｏｐｔｏ—ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｄｅｆｅｎｓｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ ４１００７３，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｗｅ ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅ ａ ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ ｓｉｎｇｌｅ－ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｔｍ—ｄｏｐｅｄ ｆｉｂｅｒ ｍａｓｔｅｒ ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ ｐｏｗｅｒ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ（ＭＯＰＡ）ｗｉｔｈ ｏｕｔｐｕｔ ｐｏｗｅｒ ｏｆ １０２ Ｗ．Ａ ｓｉｎｇｌｅ—ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｆｉｂｅｒ ｌａｓｅｒ ｗｉｔｈ ｌｉｎｅｗｉｄｔｈ ｏｆ ｌｅｓｓ ｔｈａｎ ｉ００ ｋＨｚ ａｎｄ ｃｅｎｔｒａｌ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｏｆ １．９７／，ｍ ｗａｓ ｕｓｅｄ ａｓ ｔｈｅ ｓｅｅｄ ｌａｓｅｒ ｏｆ ｔｈｅ ＭＯＰＡ．Ｔｈｅ ｍａｉｎ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ’ｓ ｓｌｏｐｅ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｗａｓ ａｂｏｕｔ ５０ ．Ｎｅｉｔｈｅｒ ｓｔｉｍｕｌａｔｅｄ Ｂｒｉｌｌｏｕｉｎ ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ （ＳＢＳ）ｎｏｒ ｏｔｈｅｒ ｎｏｎｌｉｎｅａｒ ｅｆｆｅｃｔｓ ｗｅｒｅ ｏｂｓｅｒｖｅｄ ｂｙ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｔｈｅ ｂａｃｋｗａｒｄ ｓｐｅｃｔｒｕｍ ａｎｄ ｐｏｗｅｒ ｏｆ ｔｈｅ ＭＯＰＡ．Ｔｈｅ ｓｉｎｇｌｅ—ｆｒｅ— ｑｕｅｎｃｙ ｏｕｔｐｕｔ ｐｏｗｅｒ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ｆｕｒｔｈｅｒ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｉｆ ｍｏｒｅ ｐｕｍｐ ｐｏｗｅｒ ｃａｎ ｂｅ ｌａｕｎｃｈｅｄ ｉｎｔｏ ｔｈｅ ＭＯＰＡ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｓｉｎｇｌｅ—ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｌａｓｅｒ； ｍｉｄ—ｉｎｆｒａｒｅｄ ｌａｓｅｒ； ａｌｌ—ｆｉｂｅｒ ＭＯＰＡ；Ｔｍ—ｄｏｐｅｄ ｆｉｂｅｒ ｌａｓｅｒ ＰＡＣＳ：４２．５５．一ｆ；４２．５５．Ｗｄ； ４２．６Ｏ．Ｄａ Ｏ２Ｏ１Ｏ１—２
