上海光机所在超短脉冲掺Yb大模场磷酸盐光纤放大器方面取得进展

　　近日，中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光单元技术实验室胡丽丽研究团队在超短脉冲大模场多组分玻璃光纤放大器方面取得重要进展。相关研究成果于5月在线发表于《中国激光》凯发体育下载国际平台凯发体育下载国际平台。

　　大能量、高峰值功率超短脉冲激光在远距离激光雷达凯发体育下载国际平台、地震探测、主动照明等领域具有重要应用价值。主振荡脉冲放大系统（MOPA）是超短脉冲激光的主要运行方式凯发体育下载国际平台凯发体育下载国际平台凯发体育下载国际平台，其中有源增益光纤是关键核心部件凯发体育下载国际平台凯发体育下载国际平台凯发体育下载国际平台。目前凯发体育下载国际平台，传统有源石英光纤存在稀土离子溶解度有限、难以保证低数值孔径（NA）纤芯制备的均匀性等问题，导致其使用长度较长（数米）凯发体育下载国际平台凯发体育下载国际平台，纤芯直径通常小于40μm，具有较低的非线性阈值凯发体育下载国际平台，进而限制其输出的脉冲能量凯发体育下载国际平台凯发体育下载国际平台凯发体育下载国际平台。相比之下，多组分氧化物玻璃具有稀土掺杂浓度高凯发体育下载国际平台凯发体育下载国际平台凯发体育下载国际平台凯发体育下载国际平台凯发体育下载国际平台、光学均匀性好等优势，能够获得模场面积大、吸收系数高的大模场增益光纤凯发体育下载国际平台凯发体育下载国际平台凯发体育下载国际平台，从而大幅提升大能量脉冲放大的非线性阈值。

　　然而凯发体育下载国际平台凯发体育下载国际平台，大模场光纤的制备难点在于降低数值孔径的同时保持极高的均匀性凯发体育下载国际平台。例如凯发体育下载国际平台，要实现NA为0.03的单模掺Yb光纤凯发体育下载国际平台凯发体育下载国际平台，则需要纤芯与包层玻璃的折射率差值小于3×10-4凯发体育下载国际平台，这要求玻璃本身的光学均匀性达到10-5量级凯发体育下载国际平台凯发体育下载国际平台。

　　研究团队从大尺寸凯发体育下载国际平台凯发体育下载国际平台凯发体育下载国际平台、高光学均匀性磷酸盐激光玻璃的制备工艺出发，采用光学均匀性约为1×10-6的高掺Yb磷酸盐玻璃作为光纤基质，在自研高掺Yb大模场磷酸盐光纤中实现了平均功率27.3W的脉冲激光放大输出凯发体育下载国际平台。该系统采用掺Yb大模场磷酸盐双包层光纤（30/135/280μm）与匹配无源石英光纤（20/130μm）异质熔接的全光纤方案（熔点损耗为0.3 dB）凯发体育下载国际平台凯发体育下载国际平台，结构如图1所示凯发体育下载国际平台。其中凯发体育下载国际平台凯发体育下载国际平台，信号光波长为1030nm凯发体育下载国际平台、脉宽为30ps、重复频率为27MHz，掺Yb磷酸盐光纤的纤芯和内包层的NA分别为0.03和0.41凯发体育下载国际平台，纤芯中Yb2O3质量分数为6%凯发体育下载国际平台，背景损耗为0.61300nm凯发体育下载国际平台凯发体育下载国际平台，使用长度为30cm；采用976 nm包层泵浦凯发体育下载国际平台，获得放大后脉冲激光的平均功率如图2所示凯发体育下载国际平台凯发体育下载国际平台凯发体育下载国际平台，最大输出平均功率为27.3W凯发体育下载国际平台凯发体育下载国际平台凯发体育下载国际平台凯发体育下载国际平台，斜率效率为71.4%，同时未观察到受激布里渊散射等非线性效应。该结果体现出了磷酸盐玻璃在高掺杂能力凯发体育下载国际平台凯发体育下载国际平台、高光学均匀性以及高非线性阈值的优势。

　　图 2. 放大的脉冲激光的平均功率随泵浦功率的变化凯发体育下载国际平台凯发体育下载国际平台凯发体育下载国际平台，插图是输出激光的光斑和光谱