发布时间：2024-03-12 10:53:25
近年来，掺铥光纤激光器凭借其结构紧凑、光束质量好、***效***等优势得到了越来越多的关注。其中，高功率连续掺铥光纤激光器已经在医疗、军事安全、空间通信、大气污染检测、材料加工等众多领域有了重要应用。过去近20年时间里，高功率连续掺铥光纤激光器发展十分迅速，目前输出功率已达千瓦量级。下面，我们从振荡器和放大系统两个方面，来看看掺铥光纤激光器的功率提升之路以及发展趋势。
早期的掺铥光纤激光器的泵浦源一般采用低功率的1064 nm的YAG激光器或790 nm的染料激光器。由于泵浦源功率较低且受限于当时落后的掺杂光纤制备工艺，所以掺铥光纤激光器的输出功率仅仅在瓦量级。随着双包层泵浦技术的提出以及高功率半导体激光器技术的日益成熟，掺铥光纤激光器的输出功率也在不断提升。
1998年，英国曼彻斯特大学的Jackson等利用790 nm的半导体激光器作为泵浦源，采用包层泵浦技术搭建起空间结构的连续可调谐掺铥光纤激光器，输出功率5.4 W。2007年，掺铥锗酸盐光纤激光器被研制出来，实验装置如图1所示，单端泵浦方式下，在1900 nm处获得了64 W的连续激光输出。为了获得更高的输出功率，研究人员通过双端泵浦，并使用40 cm长的增益光纤，最终获得了104 W的1900 nm连续激光输出。
2007年，IPG公司以1567 nm的掺铒光纤激光器作为泵浦源，利用8 m长的低浓度掺铥光纤和光纤布拉格光栅（FBG）搭建起了全光纤结构的单模掺铥光纤激光器，获得了415 W的单模激光输出，输出功率仅受限于泵浦功率。
随着输出功率的提升，谱线宽度维持在1 nm左右但是带有一定量的漂移，这主要是因为功率提升引起系统温度升高，进而导致FBG受到一定程度的影响。因此，2 μm光纤无源器件的稳定性，也是影响功率进一步提升以及激光器输出稳定性的重要因素之一。为了消除这种影响，可以从提升光纤器件的稳定性和优化系统结构进行有效散热等方面考虑。
2009年，哈尔滨工业大学研制出的全光纤线形腔结构的掺铥光纤激光器，是由一个反射型光纤布拉格光栅和掺铥光纤端面形成的菲涅耳反射构成谐振腔，采用793 nm LD泵浦，最终获得39.4 W的输出功率。除此之外，他们还对比了FBG和二向色镜分别作为高反射耦合器时所得到的输出功率和光谱特性，发现全光纤结构的斜效率***而阈值功率更高。相比于空间结构，全光纤结构在一开始受限于光纤器件的性能和熔接质量，其优势并不明显。随着光纤器件制备工艺和熔接水平的不断提升，全光纤结构逐渐展现出巨大的优势。
同年，基于空间结构的高功率掺铥光纤激光器，采用793 nm LD泵浦纤芯直径25 μm、数值孔径（NA）0.08的掺铥光纤，获得了300 W 的单模激光输出。之后又以相似的结构，使用纤芯直径40 μm、数值孔径0.2的大模场光纤获得了885 W的2040 nm多模激光输出，这是单个掺铥光纤振荡器所获得的输出功率。
2014年，清华大学报道了全光纤线形腔结构的高功率掺铥光纤激光器，由光纤布拉格光栅和3 m长的增益光纤构成，7个输出功率为70 W的790 nm LD作为泵浦源，最终获得了227 W的输出功率。同年，***科技大学采用两个高功率的1173 nm拉曼光纤激光器（RFL）为泵浦源，搭建起了全光纤直腔结构的高效率窄线宽掺铥光纤激光器，最终获得96 W的输出功率。这是当时***报道的泵浦波长在1200 nm附近输出功率在百瓦量级的掺铥光纤激光器，这也为提高掺铥光纤激光器输出功率提供了一种非常有前景的泵浦方案。
2015年，华中科技大学利用自制的掺铥双包层石英光纤，搭建的全光纤线形腔结构的掺铥光纤激光器，采用3个高功率793 nm LD进行泵浦获得了121 W的输出功率，这是***利用国产掺铥光纤在1915 nm波长下获得百瓦量级的输出功率。另外，实验中发现，增大增益光纤的内包层直径可以获得更好的散热效果，这也为掺铥光纤激光器的热管理和功率提升提供了思路。
