掺Yb3+双包层大模场面积微结构光纤光谱特性的研究

摘
要
掺 Ｙｂ 双包层大模场 面积微结构光纤 （ ｃｏｓｒｃｕｅ ｉｅｓ ＭＳ ） 作为超 大功率 光纤激 光器 ｍｉ －ｔ ｔｒｄｆ ｒ ， Ｆ 是 ｒ ｕ ｂ
的理想 介质。本文首先采用非 化学气相熔炼法制备 出掺 Ｙｂ 石英基玻 璃材料 ，然后按 照设计要求 ， 过排 抖 通 布拉制法制备 了掺 Ｙ 抖双包层大模场 面积微 结构光纤 。 ｂ 分别利用钛宝石 飞秒激 光器（ 波长调至 为 ９ ５ｒ 和 ７ ｍ） ｉ 波长为 ９ ０ｎ ｌ Ｄ激光器作为激励源 ， ８ ｌ ＴＬ 对掺 Ｙ 双包层大模场面积微结构 光纤 的荧 光光谱进行分析 ，实验 ｂ 结 果表明 ： 该光纤在波长 为 １０ ０ｎｎ处产生强的荧光 ，同时该光纤还 能有效 的抑 制合作发 光现象 （ｏ ｐｒ— ５ ｒ ｃｏ ｅａ
方案 。
因光纤波导结构受 限，其单模传输 的纤 芯面积小 ， 在大功 率条 件下易产生 非线性 效应 和热光损伤等 问题 ， 出功率受 到很 大限制 。 输 上世纪 ９ Ｏ年代
微结 构 光 纤 的诞 生 ，因其 结 构 灵 活 多 变 ， 别 是 拥 有 大 模 场 特
第３卷， ９ １ 第 期 ２０１ １年 ９月
光
谱
学
与
光
谱
分
析
Ｓ ｅ ｔｏ ｃ ｐ ｎ ｐ ｃｒ ｌ ａｙ ｉ ｐ ｃｒ ｓｏ ｙ ａ ｄ Ｓ ｔａ ｅ Ａｎ ｌｓｓ
Ｖｏ． １ Ｎｏ ９ ｐ ２ ２ ～ ５ ８ １３ ， ． ， ｐ ５ ５ ２ ２ Ｓ ｐ ｅ ｅ ，２ １ ｅ ｔ ｍｂ ｒ ０ １
杂 质 量 比为 ：Ｓ０ （ ７２ ） ｉ２ ９ ． ２ ，Ｙｂ １ Ｃ 。・６ Ｏ （． ２ ） Ｈ２ ０ ７ ４７ ，
Ａ１ ３・６ ０（ ． ０ ） Ｋ２ Ｃ１ Ｈ２ １ ７ ３ 和 ＣＯ３ Ｏ ３ ） （． 。
本文设计的双包层掺 Ｙ 计ＭＳ ｂ Ｆ的特点 是 ：三条方 形掺
光有较高的吸收和高功率泵浦下 的低非线 性 ， 而可利 用较 从 短的 ＭＳ Ｆ制造 高功 率 的激 光 器【 。根 据 ＭＳ ９ 。 Ｆ的灵 活 设
计 ，采 用 多 芯 双 包 层 结 构 的 ＭＳ 可 实 现 激 光 的 相 干 合 Ｆ 成ｌ， ］ 大 大提 高输 出功 率密 度并 使其 具 有很好 的光束 质 】” ，
Ｙ ” 材 料 玻 璃 并 列 放 置 ， 成偏 振 态 纤 芯 ，中 间 用 薄 壁 管 隔 ｂ 构 离 ；内包 层 为 四层 小 占 空 比 的 空 气 微 孔 点 阵 结 构 ，以实 现 单 模 传 输 ； 层 外 包 层 空 气 孔 较 大 ，使 内外 包 层 折 射 率 差 较 两
为 使 材 料 掺 杂得 均匀 ， 实 验 采 用 溶 液 法 配 置 材 料 ，具 本 体 步骤 为 ： 电子 天 平 进 行 精 确 取 料 ， 制 成 溶 液 ， 热 并 用 配 加 充 分 搅 拌 ， 水 分 蒸 干 后 置 于烘 干 炉 内 ，在 １０℃ 条 件 下 烘 待 ５ 干 约 ４ ５ｈ ～ ，以保 证 水 分 充 分 除尽 。将 烘 干 后 的 材 料 置 于 玛
（ 抖） 铒 （ ｒ 、 （ 抖 ） 镱 （ 什 ） 。其 中 Ｙ Ｈｏ 、 Ｅ ３ ） 铥 Ｔｍ 、 Ｙｂ 等 的 吸 收带 （０ － １０ ０ｒ 和发射带 （ ３ － １１０ｒ 均较宽 ， ８ ０ ０ ｍ） ｉ １０ ０ ５ ｍ） ｉ 泵浦源易选择 ， 对泵浦光和激发光均无受激 吸收 ， 光转化 光一 率 高 ， Ｙｂ 能级结 构 简单 ，量子 数 亏损低 等 ，故 本文 以 且 抖
大 ，因此增大 了内包层数值 孔径 ， 而提 高了泵浦 光耦 合效 从
量ｌ １ 。 据此 ， 多芯双包层 掺杂 ＭＳ Ｆ必将在 光纤 激光器 的
研 制 中起 到 重 要 作 用 。
Ｙ 计作掺杂离子 ，并 采用适 合 大激 光功 率要 求 的石英基 玻 ｂ 璃为基质材料 。考虑到稀土 离子在石英玻璃 中溶 解性差 ，采
用 Ａｌ 件共掺 的方法提高 Ｙ 浓度 。综 上所 述 ， 终确定 掺 最
掺 Ｙｂ＋ 包 层大 模 场 面 积微 结构 光 纤光 谱 特 性 的研 究 ３双
刘卓群 ，周桂耀 ，夏长 明 侯 蓝 田 ，
０ ６０ ６０ ４
１ 燕 山大学亚稳材料制备技术 与科学 国家重 点实验 室， ． 河北 秦皇岛 ２ ．华南 师范大学信 息光电子科 技学 院，广东 广州 ５ ０ ０ １０６
１ 稀 土掺 杂材料制备及光纤拉制
有 源 光 纤 掺 杂 的 稀 土 离 子 主 要 有 ：钕 （ ” ） Ｎｄ 、钬
面积和保 持无限单模的优越特性 ， 而有效地 克服 了传 统光 从 纤激光器的种种缺陷 ，因此人 们开 始将 目光转移 至 ＭＳ Ｆ
激 光 器 ＿ 。通 过 控 制 ＭＳ ６ 蜘 Ｆ中 稀 土 掺 杂 浓 度 还 可 实 现 对 泵 浦
引 言
光纤 激光器作为第 三代 激光 技术 的代 表 ，具有带 宽 窄、 闯值低 、稳定高效及技术成熟等优势 ｒ ］ 】 。传统光纤 激光器 ，
耐热性 。
本文 主要从掺 Ｙｂ 计ＭＳ Ｆ纤 芯材料 的制备过程 人手 ，介 绍 了稀 土掺 杂工 艺、预 制棒制 作 、光纤拉制 流程 、主要对 光 谱特性进行检测分析 并给出结 论 ， 出其存 在的 问题 和改进 指
ｔ ｅｌｍｉｅｃｎ ｅ 的 产生 。 ｉ ｖ ｕ ｎｓｅｃ） 关键词 掺ｙ３ ｂ ；微 结 构 光 纤 ；双包 层 ； 纤 激 光 器 光
中图分类号 ： ３． ０４ ３ ４
文献标 识码 ： Ａ
Ｄ ｌ ０ ３ ６／．ｓｎ １０ —５ ３ ２ １ ） ９２ ２—４ Ｏ ：１． ９４ ｊｉ ． ０ ００ ９ （０ １ ０ —５５０ ｓ 率 ，同 时 ，由 于 没 有光 辐 射 到 涂 覆 层 上 ，因 此 提 高 了 光 纤 的