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国产化掺铥光纤 振荡器性能研究

孟佳,张伟,赵开祺,余婷,吴闻迪,于春雷,李璇,李兴冀,叶锡生,曹清

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孟佳, 张伟, 赵开祺, 余婷, 吴闻迪, 于春雷, 李璇, 李兴冀, 叶锡生, 曹清. 国产化掺铥光纤 振荡器性能研究[J]. , 2019, 12(5): 1109-1117. doi: 10.3788/CO.20191205.1109
引用本文: 孟佳, 张伟, 赵开祺, 余婷, 吴闻迪, 于春雷, 李璇, 李兴冀, 叶锡生, 曹清. 国产化掺铥光纤 振荡器性能研究[J]. , 2019, 12(5): 1109-1117.doi:10.3788/CO.20191205.1109
MENG Jia, ZHANG Wei, ZHAO Kai-qi, YU Ting, WU Wen-di, YU Chun-lei, LI Xuan, LI Xing-ji, YE Xi-sheng, CAO Qing. Investigation on the performance of a homemade thulium-doped fiber laser oscillator[J]. Chinese Optics, 2019, 12(5): 1109-1117. doi: 10.3788/CO.20191205.1109
Citation: MENG Jia, ZHANG Wei, ZHAO Kai-qi, YU Ting, WU Wen-di, YU Chun-lei, LI Xuan, LI Xing-ji, YE Xi-sheng, CAO Qing. Investigation on the performance of a homemade thulium-doped fiber laser oscillator[J].Chinese Optics, 2019, 12(5): 1109-1117.doi:10.3788/CO.20191205.1109

国产化掺铥光纤 振荡器性能研究

doi:10.3788/CO.20191205.1109
基金项目:

中国科学院"百人计划"项目1505521XRO

空间环境材料行为及评价技术国家级重点实验室基金项目6142910030613

详细信息
    作者简介:

    孟佳(1993-), 男, 河北唐山人, 硕士研究生, 2015年于东华大学获得学士学位, 现为上海大学与中国科学院上海光学精密机械研究所联合培养硕士研究生, 主要从事光纤 器及中红外 器方面的研究。E-mail:mengjia_sh@126.com

    余婷(1977-), 女, 福建福州人, 博士, 高级工程师, 2011年于中国科学院上海光学精密机械研究所获得博士学位, 主要从事 技术及非线性频率转换方面的研究。E-mail:yuting@siom.ac.cn

    叶锡生(1967-), 男, 江苏泰兴人, 博士, 研究员, 1989年、1997年于浙江大学分别获得学士、博士学位, 主要从事 技术、 与物质相互作用等方面的研究。Email:xsye@siom.ac.cn

  • 中图分类号:TN248

Investigation on the performance of a homemade thulium-doped fiber laser oscillator

Funds:

the Hundred-Talent Program of the Chinese Academy of Sciences1505521XRO

the Foundation of the National Key Laboratory of Materials Behavior and Evaluation Technology in Space Environment6142910030613

More Information
  • 摘要:目前,掺铥光纤 器(TDFL)所使用的材料和器件,特别是增益光纤,多为外国公司所生产,因而,有必要开展基于国产材料和器件的该类 器研究。本文报道了基于自研增益光纤建立的连续波掺铥光纤 振荡器的性能。实验中,利用纤芯直径为10 μm的自研掺铥光纤、国产泵浦源及光纤光栅搭建了三台振荡器,分别产生了中心波长为1 918、1 941和2 013 nm的 输出。此外,对国产与进口增益光纤的 输出特性进行了比较。实验结果表明,与进口光纤相比,自研掺铥光纤在输出效率方面低6%~11%,但是光谱线宽保持良好(0.1 nm左右),且在近场光斑分布方面具有一定优势。

  • 图 1铥离子的吸收光谱

    Figure 1.Absorption spectrum of the thulium ions

    图 2铥离子的能级分布及其寿命

    Figure 2.Energy-level distribution of thulium ions and their lifespans

    图 3掺铥光纤 器数值模拟结果

    Figure 3.Simulation results of thulium-doped fiber lasers

    图 4掺铥光纤 振荡器原理结构

    Figure 4.Schematic of the thulium-doped fiber laser oscillator

    图 5国产化掺铥光纤 振荡器输出功率和光谱实验结果。(a)信号光功率与泵浦功率的关系;(b)~(d)1 918 nm、1 941 nm和2 013 nm振荡器的光谱

    Figure 5.Experimental results of output power and spectra of the domestic thulium-doped fiber laser oscillators. (a)Relationship between signal power and pump power; (b)~(d)spectra of 1 918 nm, 1 941 nm and 2 013 nm oscillators

    图 6国产化掺铥光纤振荡器输出 的近场光斑分布

    Figure 6.Near-field spots of output laser from the domestic thulium-doped fiber oscillators

    图 7不同增益光纤长度下输出 功率与泵浦光功率之间的关系

    Figure 7.Relationship between output laser power and pump power under different gain fiber lengths

    图 860 min内掺铥光纤 器功率稳定性

    Figure 8.Stability of output power of TDFL in 60 min

    图 9更高泵浦功率下的功率输出曲线

    Figure 9.Relationship between signal power and pump power with higher pump power

    图 10采用进口和国产掺铥光纤的 振荡器输出功率对比实验结果

    Figure 10.Contrast experimental results of the output powers of laser oscillators by using the domestic and imported TDFs

    图 11进口掺铥光纤振荡器输出 的近场光斑分布

    Figure 11.Near-field spots of the output laser from oscillators by using the imported thulium-doped fiber

    表 1光纤布拉格光栅参数表

    Table 1.Parameters of the FBGs

    1 λc=1 917.78 nm, λc=1 917.81 nm,
    Δλ=1.2 nm, Δλ=0.08 nm,
    R>99% R≈10%
    2 λc=1 941.42 nm, λc=1 941.67nm,
    Δλ=1.1 nm, Δλ=0.11 nm,
    R>99% R≈30%
    3 λc=2 013.34 nm, λc=2 013.34 nm,
    Δλ=0.84 nm, Δλ=0.16 nm,
    R>99% R≈11%
    Notes:①λcis the central wavelength; ②Δλis the linewidth; ③Ris the reflectivity.
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    表 2采用进口和国产掺铥光纤的 振荡器的输出效率和光谱特性

    Table 2.Output efficiencies and spectral characteristics of the laser oscillators by using the domestic and imported TDFs

    光纤 中心波长/nm 输出功率/W 泵浦功率/W 斜率效率/% 光-光转化效率/% 线宽/nm
    进口 1 918.00 2.92 10.52 34.6 27.7 0.09
    国产 1 917.80 2.38 10.52 28.0 22.6 0.08
    进口 1 941.72 3.96 10.88 43.1 36.3 0.10
    国产 1 941.75 2.95 10.88 31.8 27.1 0.09
    进口 2 013.33 3.50 10.40 37.0 33.7 0.09
    国产 2 013.38 2.92 10.40 29.1 28.0 0.10
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:2018-11-27
  • 修回日期:2019-01-09
  • 刊出日期:2019-10-01

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