刘树婷,余 婷,贺振兴,叶锡生,戴 博

(1.上海理工大学 光电信息与计算机工程学院,上海 200093;2.中国科学院 上海光学精密机械研究所高功率光纤激光技术实验室;3.上海市全固态激光器与应用技术重点实验室:上海 201800)

铥离子的自发辐射谱覆盖1.8～2.1μm[1-2],以掺铥光纤作为主要增益介质的2μm 光纤激光器在许多领域有着重要的应用。在医疗手术方面,2μm掺铥光纤激光器(thulium-doped fiber laser,TDFL)的光谱波段处于人眼安全范围,具有高光束质量和高平均功率输出等特点。在该波长下进行医疗手术操作,可安全且快速精准地完成手术,且2μm 波段激光在手术中具有较小的穿透深度,对所切割的生物组织伤害较小,具有出血量少等优点[3-4];在激光探测方面,2μm 波段在大气传输中具有高透过率、低散射的特性,因此,2μm TDFL可作为激光雷达的发射光源并应用于地表区域的精确测量[5];2μm TDFL处于大气光传输的低损耗窗口,在光通信领域有重要的应用前景[6];此外,它还可以作为中红外激光器的泵浦源以进一步实现波长更长的激光输出[7-8]。

铥离子在多个波段处均有吸收,其中在790 nm波段存在强吸收,且目前该波段的高功率半导体激光器发展已比较成熟,因此常采用790 nm LD(laser diode)作为高功率TDFL的泵浦源。由于该波段泵浦下铥离子能级间存在交叉弛豫现象,理论上可实现200%的量子效率,因此,790 nm LD 泵浦的2 μm TDFL 在功率提升上有着特殊优势。早期TDFL的发展受限于单模光纤的特性,输出功率仅为毫瓦级[9]。直到1988年,双包层掺铥光纤的成功研制[10],使TDFL的输出功率和效率迅速提升。……