上海光机所提出掺Er磷酸盐光纤作为U波段光纤激光器新方案

近日，中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光单元技术实验室，提出一种基于掺Er磷酸盐光纤作为U波段激光器的新方案，相关研究成果以“Extending laser wavelengths to 1630nm in centimeter-scale Er-phosphate fiber”为题在线发表于Optics Letters。 　　

U波段（1625-1675nm）激光在激光通信、多普勒激光雷达等领域具有重要应用价值。目前，实现U波段激光器的增益基质基本依赖半导体和晶体，由于体积庞大、成本高和光束质量差等问题使得实际应用受限。相比之下，掺Er光纤激光材料具备紧凑、小型化、高光束质量和低成本等优势，是最有潜力实现商用的激光基质材料。然而，掺Er光纤激光器受到Er离子激发态吸收的限制，使得波长大于1600nm的激光增益不够。因此，如何提升掺Er光纤材料的长波增益是目前U波段激光领域亟需解决的关键科学问题。 　　

研究团队提出一种磷酸盐玻璃结构调控法，用于Er离子局域环境调控以及光谱整形的新方案。从理论和实验两方面证实了磷酸盐光纤作为Er离子的长波增益增强基质。该方案在掺Er磷酸盐光纤中获得了1420-1680nm宽带发光，远优于掺P石英光纤的1420-1633nm。 　　

同时，团队在15cm长的自研掺Er磷酸盐光纤中突破了激光波长的极限，将激光波长拓展至了U波段的1630 nm，实现了激光波长最长、效率最高、输出功率最大激光性能。该工作在1627nm和1630nm激光达到的输出功率和斜率效率分别为的44mW/12.5%和16.5mW/5.6%。该光纤背景损耗为0.5 dB/m@1300 nm，使用长度仅为厘米量级。相比石英光纤，该光纤掺杂浓度高、使用长度短、是最有可能实现U波段激光应用的有源光纤材料。 　　

该工作得到国家自然科学基金和国家重点项目的支持。 　　

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图1 掺Er磷酸盐光纤激光波长拓展机理

图2 掺Er磷酸盐光纤U波段激光信号