Page 38 - 网络电信2020年7月刊上
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整个过程没有观察到功率下降现象，泵浦功率为979W时，掺Tm 3+ 3+ 2
图 8 掺 Tm 光纤放大器输出功率为 100W 时测得的 M
光纤放大器输出功率达到530W，对应的斜率效率为50%，port1
处监测到的最大回光功率小于1W。在输出功率为500W时测得的
光谱如图7所示，中心波长与种子源一致，输出激光信噪比为
27dB。输出激光的3dB带宽有些许展宽，为0.11nm，这种展宽
一方面被认为与系统中的热积累有关，温度升高导致光栅透射
光谱展宽变形；另一方面，光纤的非线性效应（如四波混频、
自相位调制）随着功率的不断提升而增强，致使激光线宽展宽
[26,27]
。扫描了1950~2000nm范围内的激光光谱，没有观察到明显
的自发辐射和受激布里渊散射效应，如图7内嵌图所示，说明输
出激光功率仅受限于泵浦功率。由于缺少衰减片，我测量了掺
2
3+
Tm 光纤放大器输出功率为100W时的光束质量因子（M ），如图
3+
8所示，测得的M2小于1.3，说明该掺Tm 光纤MOPA系统具有较高
的亮度。由于放大级增益光纤采用螺旋跑道式盘绕方法，且为
了更好地进行热管理，相邻跑道之间的间隔设置为1cm，导致盘
绕半径逐渐增大，使得在外圈部分，对高阶模的抑制作用逐渐
本 实验 采用热 成像 仪 （M AG 3 23 84× 28 8 , M a g n it y
减弱。在充分散热的前提下，通过进一步优化光纤盘绕半径， 3+
Electronics Co., Ltd.）观察记录掺Tm 光纤的温度，在输出
能够进一步改善系统的输出光束质量。
功率为530W时，其最高温度超过60℃，若想实现激光功率的进
3+
图 6 放大级输出功率及后向回光随泵浦功率的变化 一步提升，对掺Tm 光纤的热管理至关重要。采用多级放大是缓
解有源光纤及无源器件高温压力的有效途径，另外，近年来研
究人员提出的新型高效散热光纤，如金属包层光纤 [28] 、石墨烯
光纤 [29] 等也为有源光纤的热管理提供了新思路。但是这无疑大
3+
大增加了光纤制备的成本，因此，提升掺Tm 光纤激光器输出功
3+
率的核心解决方法还是要制备出高浓度、高效率的掺Tm 光纤，
减小量子亏损，提高泵浦光利用率。2019年南安普顿大学的
Ramírez-Martínez等 [30] 报道的采用MCVD方法结合气相掺杂技术
3+
制备出的Tm 光纤，其激光效率可达到72.4%。对该项技术的探
索和分析正在进行当中，有望制备出更高效的国产大模场掺Tm 3+
3+
光纤，推进国内高功率掺Tm 光纤激光器研究领域的发展。
四、结论
报道了一个全光纤结构高功率掺铥MOPA系统，其中掺Tm 3+
光纤通过MCVD工艺结合溶液掺杂法制备而成，芯/包尺寸约为
25/400μm，NA为0.1，测得纤芯掺杂的Tm 2 O 3 和Al 2 O 3 浓度分别为
3+
图 7 掺 Tm 光纤放大器输出功率为 500W 时对应的光谱 2.6Wt.%和1.01Wt.%，在793nm处的包层吸收为3dB/m。采用8m自
3+
制大模场掺Tm 光纤和一对FBG，搭建了一个直腔结构窄线宽振
荡器，振荡器的中心波长为1980.89nm，3dB光谱带宽为75pm。
放大级采用双端泵浦结构，增益介质同样为8m自制大模场掺Tm 3+
光纤，通过一级放大将57W的种子激光提升至530W，对应的放大
级斜率效率为50%。输出激光的3dB光谱带宽为展宽至0.11nm。
实验过程中没有观察到明显的放大自发辐射和非线性效应，输
出功率仅受限于泵浦功率。系统在输出功率为100W时测得的M 2
小于1.3。据我们所知，该结果是目前国内报道的掺铥光纤激光
器达到的最高输出功率。
参考文献
[1] Jauregui C, Jens L, Andreas T 2013 Nat. Photonics 7
861
网络电信 二零二零年七月 57
