上海硅酸鹽所在激光單晶光纖研制與應用研究方面取得進展

來源:上海硅酸鹽研究所    關鍵詞:激光晶體, 激光技術,    發布時間:2020-03-10

設置字體:

激光單晶光纖是介于傳統固體激光器所用的塊體晶體與光纖激光器所用的玻璃光纖之間的新型增益介質,是將晶體材料制備成為纖維狀的單晶體,直徑在幾十微米到2毫米之間。它繼承了單晶材料的理化性質、光學性能和光纖材料的形態特征,具有熱導率高、散熱效率高、非線性增益系數小等優勢,這使得以單晶光纖為工作介質的激光器件可以兼具固體激光器的高峰值功率與光纖激光器的高平均功率。

近期,中國科學院上海硅酸鹽研究所研究員蘇良碧、武安華帶領的科研團隊,通過與國內外同行的通力協作,研制了新型激光加熱基座(LHPG)單晶光纖生長爐,并成功制備出直徑0.2 mm、長度710 mm Yb:YAG單晶光纖。該單晶光纖長徑比>3000,直徑波動在±5%以內,在目前已知國內同類單晶光纖中具有最高的長徑比,且表現出可彎折的柔韌特性,有利于實現全固態、高緊湊型高功率激光器件的制備。

材料高通量制備技術可有效加速材料研發-應用進程,被列為“材料基因組計劃”的三大技術要素之一。該團隊通過改進多坩堝下降法技術,設計特殊的甚多微孔石墨坩堝,實現了稀土摻雜CaF2SrF2等氟化物單晶光纖的高通量制備,單爐次制備的單晶光纖數量達到102量級,并可在同一爐次制備不同摻雜濃度、不同直徑的單晶光纖,單晶光纖的直徑范圍為0.9~1.9 mm,最大長度達到60mm。該“甚多微孔坩堝法”制備技術一方面可以在幾乎相同的實驗條件下一次性開展多組分、不同形態單晶光纖的高通量制備,提高實驗結果的可靠性、重復性與效率,另一方面也為這一具有潛在應用前景的中紅外單晶光纖的大批量制備提供了技術基礎。通過與山東師范大學教授劉杰團隊合作,研究人員采用摻雜濃度3.0 at% ~ 4.0 at%Er3+:SrF2Tm3+:CaF2單晶光纖,分別在中紅外2.8 μm1.9 μm波段實現了激光效率最高為34.9%64.4%的連續激光輸出。

相關研究工作以簡報的形式發表在《人工晶體學報》(人工晶體學報2020, 49: 175),和國際學術期刊《光學材料》、《光學快訊》(Optical Materials, 2019, 95: 109255; Optics Express, 2020, 28: 6684-6695)上。

以上系列研究工作得到國家自然科學基金重點項目(61635012)和中科院戰略性先導專項(XDB16030000)、裝備研制項目(YJKYYQ20170019)、重點國際合作項目(121631KYSB20180045)的資助。

自主研制的激光加熱基座(LHPG)單晶光纖生長爐

Φ 0.2 mm × 710 mm Yb:YAG單晶光纖晶體

采用“甚多微孔坩堝法”同一爐次高通量制備的Ф 0.9 mmФ 1.9 mm Tm3+:SrF2單晶光纖(a)Ф 1.9 mm Er3+:SrF2單晶光纖(b)以及Ф 1.9 mm Tm3+:CaF2單晶光纖(c)

Er3+:SrF2單晶光纖的2.8 μm CW激光輸出功率(a)Tm3+:CaF2單晶光纖的1.9 μm CW激光輸出功率(b)

免费观看三级完整版视频