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[摘 要]与其他类型的光纤激光器相比，高功率掺铥光纤激光器具有安全性比较高、输出功率水平高以及可调谐范围比较宽等众多优点。由于高功率掺铥光纤激光器自身具有的这些优点，近几年，高功率掺铥光纤激光器的应用范围越来越广，发展潜力越来越大。本文将从掺铥光纤激光器的发展趋势及其应用领域、半导体激光器为泵浦源的前提下高功率掺铥光纤激光器的输出特性、窄线宽可调谐类型的高功率掺铥光纤激光器以及高功率掺铥光纤激光器在共振泵浦预案激光技术中的应用这四个方面进行详细阐述，以期推动高功率掺铥光纤激光器的发展。
[关键词]高功率 掺铥 光纤激光器 共振泵浦
中图分类号：T421 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）22-0276-01
与其他类型的激光器相比，光纤激光器具有散热效果好、转换效率比较高以及易于系统集成等优点，日益受到人们的关注。其中，高功率掺铥光纤激光器的应用范围尤为广泛，在医学领域、激光雷达领域以及遥感领域中的发展潜力越来越大。与国外对高功率掺铥光纤激光器的研究相比，我国对高功率掺铥光纤激光器的研究起步比较晚，仍有待进一步发展。本文将从以下几方面来对高功率掺铥光纤激光器进行详细阐述。
一、掺铥光纤激光器的发展趋势及其应用领域
1.当前掺铥光纤激光器的发展趋势及其应用领域
近几年来，掺铥光纤激光器在医学方面的应用前景越来越好，有望在医学上取代连续波固体激光器。单包层类型的掺铥光纤激光器在上个世纪八十年代末期阶段以及九十年代早期阶段就已经在连续波输出方面实现了由毫瓦级向瓦量级的重大转变，这是光纤激光器发展阶段上的一个重要的里程碑。到九十年代的中时期阶段，随着具有大功率的半导体式激光器被用作泵浦源以及包层泵浦形式的光纤激光器技术的突破发展，掺铥光纤激光器进入了一个全新的发展阶段。经过一系列的研究表明，泵浦源功率性能是影响掺铥光纤激光器的唯一因素。由于近几年来，相关研究人员在交叉弛豫现象的研究方面取得重大的进展，使得792nm泵浦掺铥光纤激光器在斜效率方面取得重大突破，实现了由百分之三十向百分之七十左右的伟大转变。掺铥光纤激光器是高功率光纤激光器中的其中一种，到目前为止，掺铥光纤激光器在输出功率水平方面得到大幅度提高，已经可以达到千瓦量级。这种转变在高功率类型的光纤激光器领域内掀起了一场全新的革命。由于掺铥光纤激光器的运行波长处于的波段为眼睛安全波段，因而在工业以及军事定向能这两个方面存在着无与伦比的优势。即使不以降低光束质量为代价，不对光纤进行复杂设计，掺铥光纤激光器的脉冲输出功率也可以达到一百千瓦，在这一方面，掺铥光纤激光器有着巨大的潜力。
2.当前我国对于掺铥光纤激光器的研究
在掺铥光纤激光器的研究上，我国的起步相对来说比较晚。在掺铥光纤激光器的研究成果方面，我国与国外的研究存在很大差距，有待进一步发展。但是，当前，我国在掺铥光纤激光器的研究上面进展很快。据不完全统计，当前我国的北京大学、哈尔滨工业大学中的光电子研究学以及复旦大学等好多研究单位都以掺铥光纤激光器为研究对象。
哈尔滨工业大学的光电子研究所在研究掺铥光纤激光器的过程中，实现了激光连续三十九点四瓦的连续输出，光谱的宽度能够控制在2nm以内，该掺铥光纤激光器的组成部分主要由两部分：光纤布拉格光栅以及掺铥光纤，其中掺铥光纤的长度为三点二米。在这一研究中，掺铥光纤激光器的斜效率可以达到百分之三十四点二。同时，哈尔滨工业大学的光电子研究所还对掺有铥的全光纤类型的连续放大器进行了专门的研究，取得了一定的成果。
二、规格为～0.8mm的半导体激光器为泵浦源的条件下，高功率掺铥光纤激光器的输出特性
1.光纤的掺杂浓度对高功率掺铥光纤激光器输出特性的影响
光纤的掺杂浓度不同，高功率掺铥光纤激光器的输出特性也不同。光纤的掺杂浓度越大，高功率掺铥光纤激光器的输出功率越大，斜效率越大。光纤不同导致高功率掺铥激光器斜效率的大小以及输出功率水平的高低都存在一定的差异。导致这种差异出现的原因，主要有两方面：
第一，不同的光纤，掺杂浓度也不同，在铥离子掺杂浓度比较大的情形下，光纤的交叉弛豫现象比较显著，交叉弛豫现象越显著，高功率掺铥激光器的输出效率就越高；
第二，不同的光纤的内包层具有不同的尺寸，内包层的不同导致光纤包层耦合效率存在差异，具有较大的入纤泵浦功率，高功率掺铥光纤激光器的输出效率自然就比较高。
2.高功率掺铥光纤激光器输出光谱的特性
通常来讲，高功率掺铥光纤激光器双端输出的光谱具有宽度比较大的特点，可以达到几十纳米。如果将泵浦的输出功率进行增大，在光纤之内起振的纵模数量也会增多，纵模数量一旦增多，高功率掺铥光纤激光器的输出光谱的宽度就会增大，振荡峰的数目就会增多。
3.高功率掺铥光纤激光器以单端形式输出与以双端形式输出这两种不同输出方式之间存在的差异
经大量实验表明，高功率掺铥光纤激光器在以双端形式输出时，不论是在阀值水平、斜效率还是在最高功率方面，都比单端输出方式具有更好的功率特性。出现这种现象的原因主要是因为高功率以双端的形式进行输出时，谐振腔的输出透过率要比单端输出时的输出透过率大，也就是说，双端输出的输出损耗相对来说比单端输出的输出损耗大，因而，双端输出的泵浦阀值水平也比较高，功率特性比较好。
三、窄线宽可调谐类型的高功率掺铥光纤激光器
由第二部分的论述我们可以得出一个结论：高功率掺铥光纤激光器的输出光谱在宽度上比较大，可以达到几十纳米。在一些领域内，对于输出光谱的宽度并没有要求，只要高功率掺铥光纤激光器的输出功率比较大就可以，例如材料加工领域。但是，有些领域不仅要求高功率掺铥光纤激光器的输出功率比较大，还对输出光谱的宽度有要求。這就要求要采取相关措施来缩小高功率掺铥光纤激光器的光谱宽度。窄线宽可调谐类型的高功率掺铥光纤激光器应运而生。
通常来讲，人们经常利用FBG即光纤布拉格光栅来对输出光谱的宽度进行窄化，虽然能够达到输出光谱窄化的目的，但输出功率水平比较低。近几年，VBG即体布拉格光栅开始活跃在激光器领域，它不仅能够达到输出光谱窄化的目的，还能够保证光纤激光器的高功率，但是，目前对于VBG的报道比较少。
四、高功率掺铥光纤激光器在共振泵浦激光技术中的应用
高功率掺铥光纤激光器应用于共振泵浦激光技术中主要有以下几方面的原因：
第一，光纤的表面积比较大，具有容易散热的特点；
第二，光纤参数设计以及选模技术是决定光纤类型的激光器输出模式的决定性因素，既能够保证光束质量又能够保证高功率。
第三，光纤激光具有稳定性、小型化以及可靠性能优点。
第四，掺铥光纤激光器的输出波长具有可调谐性，可以通过调谐使掺铥光纤激光器匹配掺HO的激光增益晶体的吸收峰。
以上的优点使高功率掺铥光纤激光器成为理想的泵浦源。
结语：
高功率掺铥光纤激光器具有极高的研究价值。在高功率掺铥光纤激光器的研究方面，与其他发达国家相比，我国还存在很大差距。必须要加大对高功率掺铥光纤激光器的研究力度，充分发挥高功率掺铥光纤激光器在共振泵浦激光技术中的应用。
参考文献
[1] 王璞；刘江.2.0mm掺铥超脉冲光纤激光器研究进展及展望[J].中国激光，2013（6）.
[2] 张茂，刘全喜，刘文兵，钟鸣.2mm高功率掺铥光纤激光器研究进展及其应用[J].光纤与电缆及其应用技术，2012（2）.
[关键词]高功率 掺铥 光纤激光器 共振泵浦
中图分类号：T421 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）22-0276-01
与其他类型的激光器相比，光纤激光器具有散热效果好、转换效率比较高以及易于系统集成等优点，日益受到人们的关注。其中，高功率掺铥光纤激光器的应用范围尤为广泛，在医学领域、激光雷达领域以及遥感领域中的发展潜力越来越大。与国外对高功率掺铥光纤激光器的研究相比，我国对高功率掺铥光纤激光器的研究起步比较晚，仍有待进一步发展。本文将从以下几方面来对高功率掺铥光纤激光器进行详细阐述。
一、掺铥光纤激光器的发展趋势及其应用领域
1.当前掺铥光纤激光器的发展趋势及其应用领域
近几年来，掺铥光纤激光器在医学方面的应用前景越来越好，有望在医学上取代连续波固体激光器。单包层类型的掺铥光纤激光器在上个世纪八十年代末期阶段以及九十年代早期阶段就已经在连续波输出方面实现了由毫瓦级向瓦量级的重大转变，这是光纤激光器发展阶段上的一个重要的里程碑。到九十年代的中时期阶段，随着具有大功率的半导体式激光器被用作泵浦源以及包层泵浦形式的光纤激光器技术的突破发展，掺铥光纤激光器进入了一个全新的发展阶段。经过一系列的研究表明，泵浦源功率性能是影响掺铥光纤激光器的唯一因素。由于近几年来，相关研究人员在交叉弛豫现象的研究方面取得重大的进展，使得792nm泵浦掺铥光纤激光器在斜效率方面取得重大突破，实现了由百分之三十向百分之七十左右的伟大转变。掺铥光纤激光器是高功率光纤激光器中的其中一种，到目前为止，掺铥光纤激光器在输出功率水平方面得到大幅度提高，已经可以达到千瓦量级。这种转变在高功率类型的光纤激光器领域内掀起了一场全新的革命。由于掺铥光纤激光器的运行波长处于的波段为眼睛安全波段，因而在工业以及军事定向能这两个方面存在着无与伦比的优势。即使不以降低光束质量为代价，不对光纤进行复杂设计，掺铥光纤激光器的脉冲输出功率也可以达到一百千瓦，在这一方面，掺铥光纤激光器有着巨大的潜力。
2.当前我国对于掺铥光纤激光器的研究
在掺铥光纤激光器的研究上，我国的起步相对来说比较晚。在掺铥光纤激光器的研究成果方面，我国与国外的研究存在很大差距，有待进一步发展。但是，当前，我国在掺铥光纤激光器的研究上面进展很快。据不完全统计，当前我国的北京大学、哈尔滨工业大学中的光电子研究学以及复旦大学等好多研究单位都以掺铥光纤激光器为研究对象。
哈尔滨工业大学的光电子研究所在研究掺铥光纤激光器的过程中，实现了激光连续三十九点四瓦的连续输出，光谱的宽度能够控制在2nm以内，该掺铥光纤激光器的组成部分主要由两部分：光纤布拉格光栅以及掺铥光纤，其中掺铥光纤的长度为三点二米。在这一研究中，掺铥光纤激光器的斜效率可以达到百分之三十四点二。同时，哈尔滨工业大学的光电子研究所还对掺有铥的全光纤类型的连续放大器进行了专门的研究，取得了一定的成果。
二、规格为～0.8mm的半导体激光器为泵浦源的条件下，高功率掺铥光纤激光器的输出特性
1.光纤的掺杂浓度对高功率掺铥光纤激光器输出特性的影响
光纤的掺杂浓度不同，高功率掺铥光纤激光器的输出特性也不同。光纤的掺杂浓度越大，高功率掺铥光纤激光器的输出功率越大，斜效率越大。光纤不同导致高功率掺铥激光器斜效率的大小以及输出功率水平的高低都存在一定的差异。导致这种差异出现的原因，主要有两方面：
第一，不同的光纤，掺杂浓度也不同，在铥离子掺杂浓度比较大的情形下，光纤的交叉弛豫现象比较显著，交叉弛豫现象越显著，高功率掺铥激光器的输出效率就越高；
第二，不同的光纤的内包层具有不同的尺寸，内包层的不同导致光纤包层耦合效率存在差异，具有较大的入纤泵浦功率，高功率掺铥光纤激光器的输出效率自然就比较高。
2.高功率掺铥光纤激光器输出光谱的特性
通常来讲，高功率掺铥光纤激光器双端输出的光谱具有宽度比较大的特点，可以达到几十纳米。如果将泵浦的输出功率进行增大，在光纤之内起振的纵模数量也会增多，纵模数量一旦增多，高功率掺铥光纤激光器的输出光谱的宽度就会增大，振荡峰的数目就会增多。
3.高功率掺铥光纤激光器以单端形式输出与以双端形式输出这两种不同输出方式之间存在的差异
经大量实验表明，高功率掺铥光纤激光器在以双端形式输出时，不论是在阀值水平、斜效率还是在最高功率方面，都比单端输出方式具有更好的功率特性。出现这种现象的原因主要是因为高功率以双端的形式进行输出时，谐振腔的输出透过率要比单端输出时的输出透过率大，也就是说，双端输出的输出损耗相对来说比单端输出的输出损耗大，因而，双端输出的泵浦阀值水平也比较高，功率特性比较好。
三、窄线宽可调谐类型的高功率掺铥光纤激光器
由第二部分的论述我们可以得出一个结论：高功率掺铥光纤激光器的输出光谱在宽度上比较大，可以达到几十纳米。在一些领域内，对于输出光谱的宽度并没有要求，只要高功率掺铥光纤激光器的输出功率比较大就可以，例如材料加工领域。但是，有些领域不仅要求高功率掺铥光纤激光器的输出功率比较大，还对输出光谱的宽度有要求。這就要求要采取相关措施来缩小高功率掺铥光纤激光器的光谱宽度。窄线宽可调谐类型的高功率掺铥光纤激光器应运而生。
通常来讲，人们经常利用FBG即光纤布拉格光栅来对输出光谱的宽度进行窄化，虽然能够达到输出光谱窄化的目的，但输出功率水平比较低。近几年，VBG即体布拉格光栅开始活跃在激光器领域，它不仅能够达到输出光谱窄化的目的，还能够保证光纤激光器的高功率，但是，目前对于VBG的报道比较少。
四、高功率掺铥光纤激光器在共振泵浦激光技术中的应用
高功率掺铥光纤激光器应用于共振泵浦激光技术中主要有以下几方面的原因：
第一，光纤的表面积比较大，具有容易散热的特点；
第二，光纤参数设计以及选模技术是决定光纤类型的激光器输出模式的决定性因素，既能够保证光束质量又能够保证高功率。
第三，光纤激光具有稳定性、小型化以及可靠性能优点。
第四，掺铥光纤激光器的输出波长具有可调谐性，可以通过调谐使掺铥光纤激光器匹配掺HO的激光增益晶体的吸收峰。
以上的优点使高功率掺铥光纤激光器成为理想的泵浦源。
结语：
高功率掺铥光纤激光器具有极高的研究价值。在高功率掺铥光纤激光器的研究方面，与其他发达国家相比，我国还存在很大差距。必须要加大对高功率掺铥光纤激光器的研究力度，充分发挥高功率掺铥光纤激光器在共振泵浦激光技术中的应用。
参考文献
[1] 王璞；刘江.2.0mm掺铥超脉冲光纤激光器研究进展及展望[J].中国激光，2013（6）.
[2] 张茂，刘全喜，刘文兵，钟鸣.2mm高功率掺铥光纤激光器研究进展及其应用[J].光纤与电缆及其应用技术，2012（2）.