高功率再版光纤激光器调谐的变量输出耦合器反射

文摘

宽波长调谐的变量输出耦合器反射在高功率双包层再版石英光纤激光二极管抽运nm。不同输出耦合从96%提高到5%,激光波长调谐超过106海里的范围从1949到2055纳米。输出功率超过20 W / 90 nm范围和最大输出功率是32 W在1949 nm 51-W启动泵功率,对应于一个斜率效率%。协助与不同纤维长度,调谐范围扩展到240海里,从1866年到2107海里,输出功率大于10 W。

1。介绍

Cladding-pumped Tm^{3 +}再版光纤激光器在成对~ 2μm光谱区近年来吸引了太多的关注,由于其广泛应用在遥感和生物医学等领域1]。受益于大的表面体积比,光纤激光源遭受更少的热管理问题,因此提供的前景,提高输出功率和改善光束质量。双层Tm的直接注入^{3 +}再版光纤激光器二极管激光器在~ 790 nm取得输出功率85 W (2)和120 W (3斜率效率约57%的泵浦功率发射。74%的斜度效率也得到10瓦级别(4]。由于众所周知的“买一送一”交叉弛豫(CR)能量转移(³H₆,³H₄ ³F₄,³F₄)过程(2),Tm的理论量子效率^{3 +}再版光纤激光器接近200%。

掺铥光纤激光器的一个特定的吸引力是广泛可调地区在1700 - 2100 nm ~由于其广泛的过渡线宽。许多波长调谐方法,如双折射调板(5],衍射光栅[6- - - - - -8),纤维长度(7,9],珀尔帖板(10)被用来利用掺铥光纤激光器的优化能力。通过使用一个包含一个衍射光栅外腔,波长调谐范围的230海里(1860 - 2090 nm) (7)和250海里(1723 - 1973 nm) (8)一直在dem-onstrated multiwatt水平。最高输出功率约为15 W 140 nm调谐范围,波长最长不超过2090海里。

在这项研究中,我们报告Tm的有效操作^{3 +}再版双层石英光纤激光、大功率二极管激光器注入的790海里,最大输出功率超过30 W和斜率效率~ 70%启动泵功率。此外,通过使用一个变量反光镜(VRM)作为输出耦合器,光纤激光器的调谐106海里的范围从1949纳米到2055纳米的输出功率超过20 W 90海里的范围。结合fiber-length-tuning方法,激光波长可调谐从1866年到2107海里,导致调谐范围超过240海里。

2。实验和结果

在实验中,双层Tm^{3 +}再版石英光纤掺有一个核心的附加0.20和27.5μm直径。Tm高^{3 +}离子掺杂浓度为2.5 wt %促进CR能量转移过程至关重要。的一小部分^{3 +}离子掺杂到纤维压制能量传递上转换(ETU)过程,这可能会引起的淬火³F₄多重态一生。纯硅内包层,涂有一种指数低聚合物,400 -μm直径0.46的附加说明。六角形的横截面内包层有助于提高泵的吸收。泵浦波长的吸收系数(790海里)~ 2.8 dB / m。

图1给出了实验装置。大功率LD阵列操作在790 nm和TM模式被用作泵源。两个LD阵列的输出偏振组合起来形成一个泵。这个泵束是由一个微棱镜重塑堆栈首先,然后集中到一个圆形点使用一个柱面透镜和一个非球面透镜。通过二向色镜,注入光发射纤维。发射效率测量通过一个4厘米Tm-doped纤维。最大的泵浦功率51 W可以发射到纤维。的泵端纤维直接对接的二向色镜反射率高(> 99.7%)2.0μm和高传播在790 nm (> 97%)。纤维结束都是裂解垂直轴,仔细打磨。耦合器的输出是由VRM或裸露的纤维端方面。 The transmission of the VRM can be changed continuously from 5% to 80% (the reflectionR改变从2 ~ 94.8%到18.4%)μm水平通过简单地取代VRM与一维阶段。光纤的两端夹紧在水冷铜散热片,剩下的纤维浸到水达到最大效率。在实验中,腔镜都仔细调整与五维的持有者。

激光输出功率与热功率计测量后未被吸收的泵浦光被通用电气过滤器。在激光光谱测量的PIN光电二极管加上midinfrared摄谱仪分辨率为0.2 nm。

激光特性获得相对较高的输出耦合在一个4米长的光纤激光器在图所示2。VRM离开时纤维,和裸露的纤维端方面用作输出耦合器(%),激光达到阈值泵浦功率为5.9 W和产生了最大输出功率的32个W在1949 nm 51-W泵功率发射相应的斜率效率69%和170%的量子效率。效率高的原因主要是由于高Tm^{3 +}掺杂浓度,抑制ETU艾尔^{3 +}离子(4),和高效的纤维冷却。与T输出耦合= 80%,略低输出功率29.8 W的生成在1970 nm,关于推出了泵浦功率和斜率效率~ 65%。输出耦合下降到60%时,输出功率下降到27.4 W 1994海里的斜率效率~ 58%。在所有这些情况下,输出功率与泵浦功率发射线性增加,表明激光可以功率进一步增加泵浦功率。激光输出的稳定性,在监测的PIN光电二极管和一个100 MHz的数字示波器,不到1% ~ 30 W功率(RMS)。

在仔细优化的位置耦合器,光纤激光器的波长调谐通过横向移动VRM耦合器。摘要激光光谱的峰值波长激光波长。图3显示依赖的激光波长的输出耦合。当输出耦合降低了5% ~ 96%的4米长的光纤激光器,激光波长从1949调整到2055 nm的调谐范围106海里。近线性关系提供了一个基础知识选择Tm的波长^{3 +}再版石英光纤激光器。这种现象可以解释为高品质因数的激光腔的增强的重吸收。由于光子寿命和高反射镜腔增加,光子传播更多的往返,经历更多的再吸收之前逃离腔。

采用不同纤维长度从0.5米到10米,如图3,从1866年到2107纳米激光的强度是可以调节的。总调谐范围是在240纳米以上ten-watt水平。这是第一个演示激光波长从Tm超过2100海里^{3 +}再版石英光纤激光器。一个典型的激光光谱获得的4 m光纤的耦合T= 15%,16-W输出功率插图,如图所示3。激光光谱在不同耦合和纤维长度几乎相同的功能。频谱的带宽(应用)~ 15 nm和几个激光峰值。multipeak光谱表明激光手术在多个纵向模式。

最大输出功率和发射阈值泵浦功率的函数输出耦合如图4。当输出耦合从~ 96%下降到5%,几乎线性阈值泵浦功率减少从5.9到1.0 W,和最大输出功率从32 W下降到9.0 W。输出功率的急剧下降< 15%输出耦合主要是由于低速传输和激光的重吸收增加。输出耦合之间的20%和96%,激光输出功率超过20 W 90海里的调谐范围从1949到2040海里(见图3)。这个礼物Tm的潜力^{3 +}再版石英光纤激光生成multiten瓦特输出超过一百纳米调谐范围。

3所示。结论

泵由二极管激光器在790 nm、大功率广泛可调Tm^{3 +}再版石英光纤激光演示。波长调谐已经通过改变输出耦合变量反光镜。光纤激光器可以调整从1949年到2055 nm multiten瓦的水平。最大输出功率是32 W 1949 nm ~ 70%的斜度效率相对于泵浦功率发射。使用不同长度的纤维,波长调谐范围可扩展到240海里,从1866年到2107海里。结合高功率、效率高和宽可调谐性Tm^{3 +}再版光纤激光器成对激光为应用程序提供了一个很好的机会。

承认

这项工作是支持部分由中国国家科学基金会在合同60678016。

引用

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