[发明专利]一种1.6-1.7μm波段的短波长掺Tm光纤激光器

说明书

本发明公开了一种1.6‑1.7μm波段的短波长掺Tm光纤激光器，激光器包括：泵浦源发射掺Er有源光纤吸收带内的泵浦光，掺Er有源光纤吸收泵浦光，当激光增益超过由对L‑band内某一波长高反射的第一掺Er光纤激光器光纤光栅和第二掺Er光纤激光器光纤光栅构成的掺Er光纤激光器谐振腔损耗后，形成1570nm附近的L‑band激光在该谐振腔内振荡；掺Tm有源光纤吸收1570nm激光，产生激光增益，在掺Tm光纤激光器高反光纤光栅和掺Tm光纤激光器输出光纤光栅构成的掺Tm光纤激光器谐振腔作用下形成1.6‑1.7μm波段的短波长激光在该谐振腔内振荡，并经过掺Tm光纤激光器输出光纤光栅输出；掺Tm有源光纤置于掺Er光纤激光器谐振腔之内。

技术领域

本发明涉及光纤激光器领域，尤其涉及一种1.6-1.7μm波段的短波长掺Tm光纤激光器。

背景技术

掺Tm(铥)光纤具有覆盖1.6-2.1μm的宽发射谱，因此以掺Tm光纤为增益介质的光纤激光器具有极宽的波长调谐潜力。然而，目前的掺Tm光纤激光器的输出波长主要集中在掺Tm光纤的1.9μm发射峰附近，通过一定的波长选择措施能够拓展到1.7-1.8μm以及2.0μm附近，1.6-1.7μm波段短波长的报道则比较少见，其原因一方面在于Tm离子在短波长处的受激发射截面相比1.9μm发射峰处明显下降，这一点与2.0μm长波长处面临的情况相近；另一方面1.6-1.7μm短波长波段接近Tm离子1.5-1.6μm的吸收峰，受激吸收截面较大，会产生明显的重吸收损耗(reabsorption loss)，因此难以获得有效的净增益。

Tm离子吸收1.5μm波段泵浦光、发射1.6-2.1μm激光的跃迁过程属于典型的二能级系统，即认为几乎全部的Tm离子都处于激光下能级³H₆和激光上能级³F₄上。因此，形成激光增益、产生激光输出的必要条件是提供足够的泵浦强度，使得有足够多的激光下能级³H₆上的离子跃迁至激光上能级³F₄上，使受激发射过程产生的增益超过受激吸收过程产生的损耗。当激光下能级³H₆上的粒子数n1被显著消耗时，反转粒子数n2-n1才能够得到保证，在受激吸收截面不变的情况下，由受激吸收截面σ12和下能级粒子数n1的乘积所决定的对1.6-1.7μm信号光的吸收系数也会明显降低，因此，泵浦强度对于1.6-1.7μm短波长波段的掺Tm光纤激光器是至关重要的。目前1.6-1.7μm的掺Tm光纤激光器往往依靠高泵浦功率，结合光纤长度(也即吸收)和耦合输出的优化，实现1.6-1.7μm波段激光的振荡和输出。但如前所述，受掺Tm光纤在短波长波段的重吸收损耗所限，一般不宜采用较长的、掺杂浓度较高的掺Tm光纤，加之二能级系统中实现粒子数反转时激光下能级³H₆上的粒子有很大一部分被泵浦至激光上能级³F₄上，在减小对信号光的重吸收损耗的同时，对泵浦光的吸收也进一步下降。因此，短波长掺Tm光纤激光器一般存在对泵浦光吸收利用较差的问题，阈值高、效率低^[1,2]。

以上可见，限制掺Tm光纤实现高效的1.6-1.7μm波段短波长激光输出的主要矛盾在于掺Tm光纤对短波长信号光明显的重吸收损耗与泵浦吸收之间的矛盾。如果能够设法增加泵浦强度，同时在不增加重吸收损耗的前提下提高掺Tm有源光纤对泵浦光的吸收利用，就能够克服上述矛盾，实现高效率的1.6μm波段短波长掺Tm光纤激光器。

参考文献

[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)