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0 引 言今天,光纤激光器、光纤放大器在光纤通信、传感和测量上有着巨大的应用前景。但传统的泵浦技术很难将高功率的多模泵浦光耦合到单模的纤芯中去,因此很难做出高功率的光纤激光器和高放大倍数的光纤放大器。而包层泵浦技术解决了单模光纤泵浦效率低的问题。和普通单模光纤相比,双包层光纤不但在纤芯和内包层间存在一个传光波导, 而且在内包层和外包层之间也存在一个传光波导,这个波导有较大的数值孔径和截面积。高功率、多模的泵浦光在内包层中传输,产生的激光在纤芯中传输,因此,可以得到大功率,基横模的激光输出。同时由于双包层光纤具有较大的表面积与体积比,从而可以避免产生热透镜效应。包层泵浦技术已被应用来产生功率高达110 W的光纤激光器。本文重点介绍了包层泵浦技术在光纤通信中的最新应用,并且展望了包层泵浦技术中要解决的关键性技术问题。
1 包层泵浦技术发展的现状在包层泵浦技术的发展初期,人们的注意力主要集中在掺Nd3+双包层光纤激光器的研究上,1993年,H.Po等人报道了他们研制的高功率掺Nd3+双包层光纤激光器,在1064 nm波长获得了近5 W的单模连续激光输出,斜率效率达到51%。1995年, H.Zellmer等人报道了输出波长在1064 nm、功率为9.2 W的包层泵浦的掺Nd3+光纤激光器。Z.J.Chen等人报道了包层泵浦掺Nd3+调Q光纤激光器,获得了峰值功率3.7 kW、脉宽2 nm的脉冲激光输出。从20世纪80年代后期开始,Yb3+掺入石英或氟化物光纤中,作为一种激光介质才开始受到人们的重视。特别是掺Yb3+石英光纤激光器和放大器方面的研究取得了很多进展。
1994年,由H.M.Pask等人首先在掺Yb3+石英光纤中实现了包层泵浦,实验中得到了波长为1040 nm、0.5 W的最大激光输出,斜率效率达到了80%。正是由于掺Yb3+ 双包层光纤激光器比掺Nd3+双包层光纤激光器具有更高的斜率效率,以及Yb3+具有简单的能级结构、宽的吸收带和大的发射截面,使得人们的注意力逐渐转向掺Yb3+双包层光纤激光器的研究。在1997年的国际激光电光会议(CLEO)上,美国Polaroid公司的 M.Muendel等人报道了一种掺Yb3+双包层光纤激光器。他们用四根光纤耦合的916 nm 波长的激光二极管阵列,以54.4 W的功率泵浦掺Yb3+双包层光纤,在1100 nm波长上获得了35.5 W的连续激光输出。在1998年的CLEO会议上,Lucent技术公司的 S.Kosinki和D.Inniss报道了一种内包层截面形状为星形的掺Yb3+双包层光纤激光器, 得到了20 W的激光输出。1999年,V.Dominic等人报道了超高功率掺Yb3+双包层光纤激光器的研究结果,他们用四个45 W的半导体激光二极管阵列组成总功率为180 W的泵浦源,在1120 nm得到110 W的激光输出,图1为实验装置图。这是迄今为止所见到的最高连续激光输出功率的报道。而且在如此高的功率水平下,没有发现对光纤性能的任何损伤,预示着光纤作为激光介质还能承受更高的功率。
