掺镱脉冲光纤放大器

掺杂光纤就是将微量稀土元素掺入光纤的石英玻璃基质中形成的具有特殊性能的光纤，其中稀土元素可将被动传输光纤转变为具有信号放大特性的主动光纤，且掺稀土光纤特性都随着掺杂稀土元素的浓度、种类、性质的变化而变化。随着人们对稀土掺杂光纤激光器研究的不断深入，使其迅速进入了实用化阶段。稀土掺杂光纤激光器以其信号串扰小、损耗低以及易于耦合等优点，在很多领域都得到了广泛的应用，例如：光纤通信领域、光纤传感、工业加工、医疗和国防等领域。随着光纤耦合技术、稀土掺杂光纤技术、单模低损耗光纤技术的不断提高，光纤激光器已在大功率激光器技术中有了突破性的进展。在国内外的高功率激光技术领域中，高峰值功率双包层光纤激光器受到了研究人员的广泛重视。

在激光器研究领域中，人们把注意力集中在输出波长为 1μm 的激光上，随着准三能级高功率光纤激光器的不断发展，使得这种近红外波段的激光输出成为可能。对于掺镱光纤激光器而言，由于镱离子的能级结构简单，在泵浦光以及信号光波长下，存在多重激发态吸收，光转换效率高，大的能级间隔消除了非辐射弛豫时间以及浓度猝灭等，因此掺镱光纤激光器在很多领域都得到了广泛的应用。

国内对高峰值功率掺镱光纤激光器也进行了全面的研究。2011 年，Yu-Hao Xue 等人在 Chinese Physics Letters 上报道了关于高功率被动锁相四路掺镱光纤放大器的研究结果，经多级放大，光纤阵列的最大相干输出功率为 1062W，通过主振荡功率放大系统结构和被动相位系统的带宽调整，可以获得高功率、高光束质量输出。

北京工业大学与天津大学基于石墨烯可饱和吸收体一同研究了被动锁模、被动调Q 的掺镱光纤激光器。实验中，研究小组分别采用环形腔和线形腔进行研究。当采用环形腔结构，抽运功率为 2.3W 时，激光输出功率为 170mW，单脉冲能量为 163nJ；当采用线形腔时，利用石墨烯被动调 Q，输出激光平均功率为 12mW，单脉冲能量为46nJ。

2012 年，国防科技大学光电科学与工程学院，采用主振荡放大技术，成功实现了主振荡器输出功率为 12W，放大器抽运功率为 747W 时，获得了 525W 高功率放大激光输出，且光-光转换效率 70%。

2013 年，深圳大学对高功率全光纤掺镱皮秒光纤激光器进行了研究，输出中心波长为 1063.7nm，脉宽为 10.2ps，重复频率为 281.7MHz，平均功率为 7.14mW 的脉冲激光。

同年，北京邮电大学张志强从理论和实验上对高功率掺镱光纤激光器进行了全面研究。采用主振荡功率放大方式，测得了 915nm 和 976nm 泵浦激光器的平均功率和激光斜率效率。

北京工业大学对高重频高峰值功率亚纳秒掺镱光纤激光进行了研究，获得重频为400kHz，脉宽为 960ps，中心波长为 1064.5nm，激光输出功率为 100mW 的激光脉冲，此时单脉冲能量为 22μJ，峰值功率为 23kW。

2014 年，北京理工大学基于双包层调 Q 光纤激光器的速率方程，搭建了全光纤化高功率线偏振掺镱脉冲光纤激光器，得到了泵浦功率为 38.4W 时，激光重复频率为40kHz，脉冲宽度为 30ns，输出功率为 29.8W 的偏振激光，其激光光束质量因子可达1.32。

另外，国防科学技术大学的宋锐等人基于线形腔，对半导体可饱和吸收镜被动锁模皮秒脉冲掺镱光纤激光器进行研究，获得了半导体可饱和吸收镜(SESAM)的物理参量对锁模脉冲特性的影响，以及 SESAM 的非饱和损耗对激光平均功率的影响。同年，深圳大学对氧化石墨烯被动锁模掺镱光纤激光器多脉冲现象进行了实验研究，实验获得了矩形脉冲谐波锁模、耗散孤子谐波锁模、准谐波锁模，利用 2nm 的窄带滤波器对增益带宽进行限制，同时诱导多脉冲现象的产生。

中国科学院上海光学精密机械研究所在光纤激光器的输出功率上有了新的突破，2013 年，研究了 1.5kW 近单模全光纤激光器，在改进光纤熔接技术的前提下，使抽运光功率达到 1.16kW，其斜率效率为 87.3%，中心波长为 1080nm；2014 年，该研究小组研制了 1μm 波段的掺镱光纤激光器，其衍射极限输出功率为 20kW，多横模输出功率可达 100kW。