光纖激光器特種光纖最新進展及建議
時間:2016-03-23 16:37:28 來源：
自從光纖激光器問世后，高功率光纖激光器成為激光領域最為活躍的研究方向之一。隨著新型泵浦技術的采用和大功率半導體激光器制造工業(yè)的進一步發(fā)展成熟，光纖激光器得到了飛速發(fā)展。與傳統(tǒng)的固體激光器相比，高功率光纖激光器具有結構簡單、閾值低、散熱性能好、轉換效率高、光束質量好等優(yōu)點。其中特種光纖技術、包層泵浦技術、光纖光柵技術、半導體泵浦激光器技術以及光纖激光器整機技術被認為是光纖激光器的五大核心關鍵技術。接下來我們簡單談談特種光纖技術方面的相關進展。OPGW光纜
全光纖激光器需要使用雙包層有源光纖、雙包層光敏光纖、能量傳輸光纖等多種特種光纖，隨著輸出功率的不斷提高，對特種光纖的技術要求也越來越高，因此，特種光纖的發(fā)展將在光纖激光器的發(fā)展中扮演重要的角色。以光子晶體光纖為代表的新一代特種光纖會在光纖激光器的發(fā)展中逐步得到應用。特種光纖的發(fā)展，將使有源光纖的增益更高、承受的功率密度更大、對泵浦光的吸收更有效；將使光柵的制作更容易、光柵的穩(wěn)定性更好、使光柵在光纖激光器中的用途更廣泛；將使能量傳輸光纖能夠傳輸更高的功率，能夠將高功率激光傳送更遠的距離，能夠傳輸?shù)牟ㄩL范圍不斷拓展；將使泵浦耦合更加容易實現(xiàn)，能承受的泵浦功率更高，損耗更小。據(jù)了解目前國內特種光纖多數(shù)依賴進口，從而在很大程度上制約了國內光纖激光器產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。OPGW光纜
目前，國內激光設備制造商采用的能量光纖主要依靠進口，主要原因有四個：一是國內的能量光纖的激光損傷閾值較低；二是光纖的光透過率較國外低；三是國內機械加工精度不夠，不能夠滿足醫(yī)療激光即插即用的需求；四是光纖端面處理技術較為落后。隨著能量光電子產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展和不斷壯大，該行業(yè)對能量傳輸光纖及其套件的需求會越來越大。近年來，國內企業(yè)在特種光纖領域也進行了相關嘗試，希望借此打破上游核心器件的依賴。OPGW光纜
上光所研制出13.8W全固態(tài)光子晶體光纖
具有高損傷閾值和非線性閾值以及良好散熱能力的大模場光子晶體光纖(PCF)一直是國內外研究的重點。上海光機所在國際上首次提出了稀土離子摻雜的軟玻璃全固態(tài)光纖概念。該方案利用低折射率的玻璃取代了空氣孔，避免了空氣孔的存在帶來的缺陷，使得全光纖激光器成為可能，同時軟玻璃的使用也顯著的提高了光纖的泵浦吸收率和非線性閾值。上海光機所利用自行制備的6wt%鐿摻雜的高質量磷酸鹽玻璃，利用管棒法和堆積法相結合的方法，首次成功制備了纖芯直徑為17微米的單模輸出、保偏的磷酸鹽全固態(tài)光子晶體光纖，在～40cm的光纖中實現(xiàn)了13.8W的激光輸出，同時通過改變光纖對稱性，實現(xiàn)了該種光纖的保偏性能，保偏度達80%，研究結果發(fā)表在ScientificReports[ScientificReports，5，8490，2015]?！ ?/p>
由于石英光纖物化性能穩(wěn)定、傳輸損耗低、軟化點高等特點，目前的大模場光纖的研究重點主要集中在石英光纖。但是，石英光纖其稀土溶解度低，非線性閾值低，使得其泵浦吸收率很低，同時在高功率輸出時非線性效應明顯，嚴重影響光纖激光器功率的進一步輸出。目前大部分的石英PCF中的構成光子晶體排布的低折射率棒由空氣構成，這不但使得該種光纖制備和保存復雜，成本高，又由于空氣的導熱性差，使得該種光纖在高功率時產(chǎn)生模式不穩(wěn)的現(xiàn)象，影響其光束質量的穩(wěn)定性。同時，空氣孔的存在使得其很難與包括泵浦源在內的傳統(tǒng)的尾纖輸出的設備熔接，導致全光纖激光器無法實現(xiàn)。上海光機所研制的全固態(tài)光子晶體光纖提出了一種新結構的大模場光纖，成功解決了多空光纖難焊接、散熱差、難實現(xiàn)全光纖激光器等缺點?！ ?/p>
雖然國內在上游光纖光纜領域布局較早，中國也是全球最主要的光纖光纜生產(chǎn)地，但是在激光領域應用的特種光纖卻進展較慢，遠不及國外水平。對于國內光纖激光器企業(yè)來說，向上游延伸已經(jīng)是不可避免的現(xiàn)實，這就需要激光器件企業(yè)和上游合作更加緊密，實現(xiàn)優(yōu)勢互補，力爭突破上游核心器件的制約。
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