在19个W单模1545海里,Yb Codoped全光纤激光器

文摘

我们报告一个大功率cladding-pumped呃,Yb codoped全光纤与真正的单横模激光输出。光纤激光器的设计目的是在使用1545 nm的一对光纤布喇格光栅(fbg)锁和狭窄的输出频谱,可以是非常有用的在生成成对~ 1650 nm激光发射的受激拉曼散射(SRS)石英纤维,是许多应用程序的兴趣。两块标准单模光纤插入激光腔和输出端口来保证真正的单模输出以及良好的与其他标准纤维组件的兼容性。我们获得最大输出功率为19.2 W 1544.68应用光谱宽度为0.08 nm,对应于平均总体斜率效率31.9%的泵浦功率发射。到我们所知,这是最高的输出功率报道从简单的全光纤单模呃,Yb codoped激光振荡器的架构。

1。介绍

成对的大功率光纤激光器波长政权在1.5 - -1.6μm吸引了相当多的注意力在光谱学等各种应用,遥感、测距、无线和卫星通信。Cladding-pumped呃,Yb codoped光纤激光系统提供一个通用的方法来生产高功率激光排放在波长区域由于商用高效双包层获得纤维和大功率InGaAs在~ 980 nm激光二极管泵源(1- - - - - -6]。宋等人,2007年达到297 W的输出功率为1.567μ米在一个Er, Yb codoped光纤激光器,这是取得的最高输出功率,Yb codoped纤维直到现在(1]。然而,绝大多数的大功率呃,Yb codoped激光系统报道到目前为止实施大模式区域(LMA)获得纤维支持几十甚至上百模式减轻有害的非线性效应,,不幸的是,降低输出激光光束质量(2- - - - - -4]。此外,许多大功率激光光学组件配置包含几个空间,增加了系统的复杂性,从而维护的成本。不过,对于许多应用程序在成对的波长范围,要求高的输出功率也伴随着产生光束质量好,生产效率高的需要从简单的激光结构。全光纤几何形状没有无线光通讯可以提供alignment-free,高效、紧凑、可靠的激光架构。单模全光纤呃,Yb codoped激光系统自然成为一个有吸引力的候选人获得高输出功率水平,同时保持良好的激光光束质量以满足特定的应用要求。如今,超过10 W输出大国的单模激光排放1.5 ~μ米的呃,Yb codoped激光系统已经实现了基于更复杂的主振荡功率放大(MOPA)配置(7,8),极其简单的全光纤呃,Yb codoped光纤激光振荡器仍然输出功率有限的几瓦的9- - - - - -11]。

在本文中,我们使用一个简单和紧凑腔设计两块标准单模光纤纳入激光谐振器和输出端口分别并展示一个真正的单模大功率呃,Yb codoped全光纤激光器基于稍微多模光纤。操作光纤激光器的波长锁定在1545 nm,相对应的一阶斯托克斯波长1658 nm,不仅可以用来精确地生成双中激光的排放2.7μm和4.3μ通过非线性光学参数m变频(12- - - - - -14]。获得最大的总输出功率19.2 W 1544.68应用光谱宽度为0.08 nm和整体斜率效率为31.9%,只受限于可用泵功率。我们所知,这是迄今为止的最高输出功率全光纤单模Er、Yb codoped激光振荡器。

2。实验

单模全光纤的实验示意图,Yb codoped光纤激光器图所示1。增益介质是一个3米长,Yb codoped多模双包层光纤(Nufern MM-EYDF-12/130)名义cladding-pump吸收3.10 dB / m在915海里,一个核心的12μ米直径和~ 0.2 NA,纯硅inner-cladding 130μ0.46米直径和~ NA覆盖着低折射率丙烯酸酯outcladding也是保护涂层。增加纤维的数量(截止频率或归一化频率)为4.8,表明激光模式的数量获得纤维可以支持大约是11。因此,一块标准单模光纤作为一个空间滤波器插入新的激光腔的输出端口的另一块标准单模光纤,为了保证真正的单模激光输出,同时消除残留在包层泵和其他不必要的激光模式耦合到包层通过使用高指数凝胶。无与伦比的纤维之间的拼接仔细进行了专业连接工具(Fujikura fsm - 100 p +)低于0.2 dB的接头损耗。从量子热负荷产生缺陷的纤维是通过简单的风扇冷却。

提供的激光反馈是一对光纤光栅写在一个兼容的单模双包层被动光纤(Nufern gdf - 1550)。FBG1是高度反光的峰值反射率为99%和0.5 1544.5 nm的频谱带宽。FBG2 10%低反射输出耦合器1544.6 nm的中心波长和带宽为0.7 nm,如图2。由于有限的有效反射率和轻微的转变两个光纤光栅的中心波长和带宽,以及可能在高功率激光光谱展宽操作,通过高功率泄漏可能发生一些FBG1结束。因此,我们也监控可能的泄漏和相应的频谱FBG1自由端方面的。光纤激光器的输出端方面都在~ 8°angle-cleaved抑制的影响菲涅耳反射的激光稳定以及裸光纤方面相应的宽带反馈然后减少~ 1μm寄生激光作用造成过渡的Yb离子排斥Yb和Er离子之间的能量传递过程。两个45°二向色镜与高的激光波长和高传播~ 1μ米波长带插入输出路径引导激光束从可能的~ 1μm寄生激光测量。两个商业光纤耦合35 W波长稳定波长976纳米的激光二极管作为泵源,输出端口直接拼接 泵组合器cladding-pump获得纤维在反向抽运机制。激光二极管泵都可怕地缩小和锁定在976海里卷布喇格光栅3 dB光谱宽度为0.5 nm的吸收峰匹配,Yb codoped纤维。激光输出的光谱特征记录使用光学频谱分析仪(AQ6370C横河)。

3所示。结果与讨论

单模激光特性的全光纤呃,Yb codoped激光进行评估。图3显示输出大国的单模光纤的输出端作为启动泵功率的函数。激光达到阈值泵浦功率发射的~ 1 W和生成的输出功率19.2 W的最大启动泵功率62.3 W,对应于31.9%的平均斜率效率的泵浦功率发射。输出激光显示权力的线性相关启动泵功率在整个泵的范围内。输出大国仍相当稳定在整个测量。然而,Yb的寄生激光作用于1060.4 nm开始摆动启动泵浦功率为44.2 W,和整体输出功率2.1 W是产生最大启动泵功率从纤维的目的。~ 1μm寄生振荡激光斜率效率从35%下降到25.7%,这显然可以看到在图3。尽管如此,没有不利的非线性效应所引起的转出或热负荷是观察。从FBG1端泄漏激光功率为0.2 W,接受是由于有限的有效反射率高的光纤光栅。此外,值得注意的是,光纤激光器是在反向抽运机制来避免任何获得纤维燃烧相邻的合路器通常发生在远期将政权由于突然变化的温度梯度在这个位置15]。

图4显示了在不同激光功率输出光谱进化水平从标准单模光纤输出端。我们可以看到激光中心波长红移从1544.44 nm在阈值附近,1544.68 nm的输出功率19.2 W,这主要是由于光纤光栅反射波长的温度依赖性。线宽的光谱宽度是扩大的半最大值宽度为0.04到0.08 nm相应。尽管光谱展宽,振荡激光模式仍在两个光纤光栅的带宽。在每个往返的激光反馈,FBG2将样本10%的名义在其反射的激光组件的乐队,它反射回腔。这部分的光将被放大向后的方向。到达FBG1激光反射带内模式高度反映在我们的例子中(99%),然后先后向FBG2放大前进方向,90%的激光将outcoupled虽然小反射部分返回下一个激光周期。在我们的实验中激光泄漏FBG1主要归因于其有限的带宽以来的有效反射率FBG2略大于FBG1。尽管如此,从FBG1泄漏的激光测量有大致相同的光谱资料没有中央倾斜或任何光谱涟漪,从输出端中心波长和宽度。因此,两个输出光束可以简单地结合对某些应用程序。 Alternatively, we can also use a high-reflection FBG with much higher reflectivity and broader bandwidth instead to reduce the leakage power from this end.

此外,值得注意的是,真正的单模激光输出是实现通过第一张标准单模光纤在腔,然后另一块标准单模光纤的输出端不牺牲太多的激光输出功率损失。虽然,Yb codoped获得纤维能够支持1.5 ~ 11激光模式μm,增益光纤输出激光模式的数量是远远低于指定,由于激烈的模式竞争,只有最低损失的方式活了下来。此外,标准单模光纤插入的空腔和单模双包层当纤维FBG2连接到呃,Yb codoped纤维进一步抑制大部分高阶激光增益光纤模式产生,这确保了与标准单模光纤接头损耗相对较低。的最后一块标准单模光纤的输出端保证一个真正从1545海里全光纤激光器单模激光输出。

4所示。结论

我们将演示一个真正单模全光纤大功率呃,Yb codoped激光在1545海里可能是重要的对于某些应用程序。激光输出端口相信用一块标准单模光纤保证真正的单模输出,同时保持良好的与其他标准纤维组件的兼容性。最大的总输出功率19.2 W在1544.68纳米应用光谱宽度为0.08纳米光纤激光器,获得相应的平均斜率效率对启动的泵浦功率的31.9%。我们所知,这是最高的单模输出功率达到从一个简单的全光纤呃,Yb codoped激光振荡器的架构。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

作者的贡献

Jiadong吴和张李春香同样的纸。

确认

这项工作是国家自然科学基金支持的部分基金(批准号61505124和61505124和61505124),广东省科技计划项目(批准号2016 b050501005),广东省教育委员会(批准号2016 kcxtd006), SZU自然科学基金(批准号2017022)。

引用

1. y,柳,c . a . Codemard et al .,“铒镱:codoped大批核心与297 - w连续波输出功率,光纤激光器”IEEE在选定的主题在量子电子学》杂志上,13卷,不。3、573 - 578年,2007页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
2. d . y .沈,j·k·Sahu和W·a·克拉克森“高效,Yb-doped光纤激光器和188 W不同步的> 100 W可调输出功率,”光学表达,13卷,不。13日,4916 - 4921年,2005页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
3. h .黄沈d . j . Liu, x, x,和d .粉丝,“卷布喇格grating-based可调,Yb光纤激光器覆盖整个c和l波段,”IEEE光子学技术信,25卷,不。15日,第1491 - 1488页,2013年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
4. p . j . w . Kim Jelger, j . k . Sahu f . Laurell和w·a·克拉克森“大功率和Er5Yb wavelength-tunable操作使用卷布喇格光栅光纤激光器,”光学信,33卷,不。11日,第1206 - 1204页,2008年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
5. y, j . k . Sahu d . b . s . Soh c . a . Codemard和j·尼尔森,“大功率可调谐单频单模:铒镱codoped大批核心纤维主振荡器功率放大器来源,”光学信,30卷,不。22日,第2999 - 2997页,2005年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
6. 江g . y . Chen, s . Chen等人“机械剥落了黑磷作为一种新的饱和吸收体q开关和锁模激光手术,”光学表达,23卷,不。10日,12823 - 12833年,2015页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
7. g . Sobon d . Sliwinska k . m . Abramski和p . Kaczmarek”10 W单模Er / Yb co-doped全光纤放大器抑制Yb-ASE,”激光物理快报,11卷,不。2、文章ID 025103, 2014。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
8. b . Morasse s Aggerb s Chatignya E。Gagnona、j . Sandroa和c·保尔森,”10 w ASE-free单模大功率double-cladding Er^{3 +}yb^{3 +}放大器”,光纤激光器四:技术、系统和应用程序卷,6453诉讼的方法相比,2007年。视图:谷歌学术搜索
9. s Gurram a . Kuruvilla r·辛格(manmohan Singh)和k . s .宾德拉”一代的连续波输出功率6.8 W 1550海里使用小模场直径Er: Yb co-doped双包层光纤激光振荡器配置”激光物理,27卷,不。6,065113年,页2017。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
10. p . Peterka Kašik,诉Kubeček et al .,“优化erbium-ytterbium与简单的双包层光纤激光器结构,”光子学的程序,设备和系统III卷,6180诉讼的方法相比,2006年。视图:谷歌学术搜索
11. m·a . Jebali J.-N。马兰,s . LaRochelle s Chatigny m . A . Lapointe和e . Gagnon”一个103 W高效带内cladding-pumped 1593海里全光纤掺铒光纤激光器,”克莱奥:科学和创新,CLEO_SI”12,JTh1I页。3,May 2012.视图:谷歌学术搜索
12. h .黄沈d . j . Liu, c .赵张x,和d .粉丝,“大功率、高效运行wavelength-tunable喇曼光纤激光器基于卷布喇格光栅,”光学表达,22卷,不。6,6605 - 6612年,2014页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
13. 朱l . m . Wang, w·陈,d .粉丝,“高效全固态中红外光学参量振荡器基于共鸣地抽1.645μm Er:掺钕钇铝石榴石激光器”,光学信,37卷,不。13日,2682 - 2684年,2012页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
14. p . j . Liu, y . Chen等人“高效可调中红外光学参量振荡器抽运波长锁定,q开关Er:掺钕钇铝石榴石激光器,”光学表达,23卷,不。16,20812 - 20819年,2015页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
15. 施,r·t·苏h·w·Zhang et al .,“实验研究的双向泵高功率光纤放大器的输出特征在不同抽运方案,“IEEE光子学》杂志,9卷,不。3、1 - 10,2017页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索

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