光纤激光器特种光纤最新进展

自从光纤激光器问世后，高功率光纤激光器成为激光领域最为活跃的研究方向之一。随着新型泵浦技术的采用和大功率半导体激光器制造工业的进一步发展成熟，光纤激光器得到了飞速发展。与传统的固体激光器相比，高功率光纤激光器具有结构简单、阈值低、散热性能好、转换效率高、光束质量好等优点。其中特种光纤技术、包层泵浦技术、光纤光栅技术、半导体泵浦激光器技术以及光纤激光器整机技术被认为是光纤激光器的五大核心关键技术。接下来我们简单谈谈特种光纤技术方面的相关进展。

　　全光纤激光器需要使用双包层有源光纤、双包层光敏光纤、能量传输光纤等多种特种光纤，随着输出功率的不断提高，对特种光纤的技术要求也越来越高，因此，特种光纤的发展将在光纤激光器的发展中扮演重要的角色。以光子晶体光纤为代表的新一代特种光纤会在光纤激光器的发展中逐步得到应用。特种光纤的发展，将使有源光纤的增益更高、承受的功率密度更大、对泵浦光的吸收更有效；将使光栅的制作更容易、光栅的稳定性更好、使光栅在光纤激光器中的用途更广泛；将使能量传输光纤能够传输更高的功率，能够将高功率激光传送更远的距离，能够传输的波长范围不断拓展；将使泵浦耦合更加容易实现，能承受的泵浦功率更高，损耗更小。据了解目前国内特种光纤多数依赖进口，从而在很大程度上制约了国内光纤激光器产业的发展。

　　目前，国内激光设备制造商采用的能量光纤主要依靠进口，主要原因有四个：一是国内的能量光纤的激光损伤阈值较低；二是光纤的光透过率较国外低；三是国内机械加工精度不够，不能够满足医疗激光即插即用的需求；四是光纤端面处理技术较为落后。随着能量光电子产业的飞速发展和不断壮大，该行业对能量传输光纤及其套件的需求会越来越大。近年来，国内企业在特种光纤领域也进行了相关尝试，希望借此打破上游核心器件的依赖。

　　上光所研制出13.8W全固态光子晶体光纤

　　具有高损伤阈值和非线性阈值以及良好散热能力的大模场光子晶体光纤(PCF)一直是国内外研究的重点。上海光机所在国际上首次提出了稀土离子掺杂的软玻璃全固态光纤概念。该方案利用低折射率的玻璃取代了空气孔，避免了空气孔的存在带来的缺陷，使得全光纤激光器成为可能，同时软玻璃的使用也显著的提高了光纤的泵浦吸收率和非线性阈值。上海光机所利用自行制备的6wt%镱掺杂的高质量磷酸盐玻璃，利用管棒法和堆积法相结合的方法，首次成功制备了纤芯直径为17微米的单模输出、保偏的磷酸盐全固态光子晶体光纤，在～40cm的光纤中实现了13.8W的激光输出，同时通过改变光纤对称性，实现了该种光纤的保偏性能，保偏度达80%，研究结果发表在ScientificReports[ScientificReports，5，8490，2015]。

　　由于石英光纤物化性能稳定、传输损耗低、软化点高等特点，目前的大模场光纤的研究重点主要集中在石英光纤。但是，石英光纤其稀土溶解度低，非线性阈值低，使得其泵浦吸收率很低，同时在高功率输出时非线性效应明显，严重影响光纤激光器功率的进一步输出。目前大部分的石英PCF中的构成光子晶体排布的低折射率棒由空气构成，这不但使得该种光纤制备和保存复杂，成本高，又由于空气的导热性差，使得该种光纤在高功率时产生模式不稳的现象，影响其光束质量的稳定性。同时，空气孔的存在使得其很难与包括泵浦源在内的传统的尾纤输出的设备熔接，导致全光纤激光器无法实现。上海光机所研制的全固态光子晶体光纤提出了一种新结构的大模场光纤，成功解决了多空光纤难焊接、散热差、难实现全光纤激光器等缺点。

　　虽然国内在上游光纤光缆领域布局较早，中国也是全球最主要的光纤光缆生产地，但是在激光领域应用的特种光纤却进展较慢，远不及国外水平。对于国内光纤激光器企业来说，向上游延伸已经是不可避免的现实，这就需要激光器件企业和上游合作更加紧密，实现优势互补，力争突破上游核心器件的制约。

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