Page 37 - 网络电信2020年7月刊上

解 决 方 案

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图 2 25/400 掺 Tm 光纤中 Al 和 Tm 分布情况 色线条所示，呈回环状铺设在光纤水冷槽正下方并覆盖整个光
纤盘绕区域，能够有效地减少热积累，入水口和出水口的位置
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如图中标注所示。整块水冷板挖有约1cm深的下沉，掺Tm 光纤
完全浸没在水中，水冷温度设置为10℃。

三、实验结果
经过CPS1后测得的种子源输出激光功率随泵浦光功率的变
化如图4所示，振荡器的阈值功率为19W，当泵浦光功率达到阈
值功率后，随着泵浦光功率的增加，种子源输出激光功率呈线
性增加，当泵浦功率为202W时，最大输出功率为91W，对应的斜
率效率为49%，光-光效率为45%。种子输出功率提升过程中对应
的后向回光通过合束器1的信号臂检测，且一并记录在图4中，
种子源输出功率达到最大时，对应的回光为1.6W。光谱测量和
记录采用日本横河公司的光谱分析仪AQ6375B，扫描精度为0.05
其中高反射光栅（FBG1）和部分反射光栅（FBG2）的中心波
nm。在高功率系统中，主要测量功率计靶面散射光光谱，图5为
长为1980nm，且在1980nm处的反射率分别为99.6%和10%，3dB
种子源输出功率为91W时对应的光谱，中心波长为1980.89nm，
带宽分别为1.92和1nm。采用3个尾纤耦合输出，工作波长为
输出激光信噪比为28dB，3dB带宽测得为75pm，这种窄线宽的激
793nm的多模LD作为泵浦源，最高总输出功率为200W。泵浦光 光输出可以归因于振荡腔内的模式竞争 [12, 25] 。
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经由一个（6+1）×1合束器（combiner1）耦合进掺Tm 光纤内
包层中，合束器泵浦尾纤规格与LD的尾纤相同，芯/包尺寸为 图 4 种子源输出功率及后向回光随泵浦功率的变化
200/220μm，NA为0.22。为了得到光束质量良好的种子源，掺
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Tm 光纤以6cm半径盘绕在一块刻槽铝制水冷板上，水冷温度控
制在17℃，并且对振荡器和放大级之间的无源光纤的涂覆层进
行了阶梯式剥除处理，将剥除区（约10cm）完全浸没在高折射
率胶中滤除剩余泵浦光和包层光。放大级采用双向抽运方案，
每个方向熔接5个与振荡器中规格一致的LD，每个LD可以提供约
110W的泵浦功率，并通过正反向两个（6+1）×1合束器耦合到
有源光纤内包层中，正向合束器（combiner2）的耦合效率为
93%，其中一个空悬泵浦臂（port1）用来监测回光功率，反向
合束器（combiner3）的耦合效率为94%。为保证泵浦光被充分
吸收，提供足够增益，放大级中同样采用8m上述25/400双包层
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掺Tm 光纤作为增益介质，两个合束器的合束端尾纤的尺寸及
NA皆与有源光纤匹配。在系统输出端前熔接了一个包层光剥除
器（CPS2）以滤除包层光，改善输出激光的光束质量，其尾纤 图 5 种子源输出功率为 91W 时对应的光谱
尺寸为25/400，NA为0.1。在输出端熔接了一段长度约为3mm、
切口为8°角的无芯光纤，以防止产生菲涅耳反射。对于放大光
纤的散热，设计了一块带有下沉的铝制刻槽水冷板，结构如图
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3(b)所示，放置掺Tm 光纤的水冷槽为黑色线条所示，设计为螺
旋盘绕的跑道，最小盘绕半径为6cm，放大级中的有源光纤由端
口2盘入，以减小光纤中的高阶模得到的增益，光纤端口2处设
计了一段深于其他弯道的直槽，避免光纤交叠产生热积累，合
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束器与掺Tm 光纤的熔点置于最内圈跑道直道上。水冷管道如红
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图 3 (a) 掺 Tm 全光纤 MOPA 系统结构图；(b) 放大级中水冷板设计示意图

种子源注入放大级的初始功率设置为80W，放大级泵浦源
未启动时，种子激光经过整个放大级后衰减至57W，对其进行放
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大，图6所示是掺Tm 光纤放大器9输出功率及port1处测得的回
光功率随泵浦功率的变化关系图，输出激光功率呈线性增加，

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