1,、背景

　　近紅外激光在激光通信、材料加工及強場物理等領域具有重要應用,。近年來,，位于近紅外900 nm波段的激光器受到越來越多的研究關注,。一方面，～900 nm激光可應用于泵浦摻Yb3+激光材料,、大氣探測和生物醫(yī)療,。更重要的是～900 nm激光可以倍頻產生～450 nm深藍激光，在深海通信,、激光存儲,、激光顯示、原子物理等領域具有重要應用前景,。

　　目前,，研究者們主要通過半導體激光器、固體激光器和摻釹光纖激光器獲得～900 nm激光,?；趽解S石英光纖激光器可實現(xiàn)小型輕量化、波長連續(xù)可調,、光束質量高的?900 nm激光,，近年來得到較多的研究關注。但通常摻Nd3+激光材料的主要發(fā)射位于~1060 nm,，這導致?900 nm激光效率低下且極易產生~1060 nm自發(fā)輻射,，強烈限制了其輸出功率和應用。

　　2、研究現(xiàn)狀

　　(1)

　　為了獲得純凈的?900 nm光纖激光,，此前研究者們主要采取濾除纖芯的~1060 nm發(fā)光的方式,。主要手段包括：

　　a)基于空間元件的光譜濾波：在光路中引入濾除～1060 nm光而保留～900 nm光的帶通濾波片或者二向色鏡，從而抑制~1060 nm寄生振蕩,。

　　b)引入彎曲損耗：由于波導色散的作用,，長波光在光纖中的傳播路徑更接近纖芯的邊緣，當光纖彎曲時,，靠近纖芯邊緣的長波光有更高的概率逸出纖芯,。因此通過引入彎曲損耗，可抑制～1060 nm寄生振蕩,。

　　c)基于光纖波導的光譜濾波：通過設計W型光纖或光子帶隙光纖,，使得光纖在～1060 nm附近的傳輸損耗遠大于在?900 nm附近損耗，從而抑制~1060 nm寄生振蕩,。

　　在同一個?900 nm光纖激光系統(tǒng)中往往需要聯(lián)合使用這些方案以達到更好的抑制效果,。但基于這些方案的全光纖化～900 nm光纖激光功率記錄仍然處于很低的水平(< 3 W)。

　　(2)

　　a)低溫運轉：摻釹光纖～900 nm躍遷為三能級系統(tǒng),，低溫冷卻可降低基態(tài)能級熱布居,，使三能級躍遷轉變?yōu)闇仕哪芗壪到y(tǒng)，有助于縮小與～1060 nm四能級躍遷之間的增益差,，從而利于獲得?900 nm激光。但復雜的低溫系統(tǒng)缺乏實用性,，而在摻釹光纖中有更多有效而實用的抑制～1060 nm寄生振蕩的方案,，采取該方案的～900 nm光纖激光研究近年鮮有報道。

　　b)纖芯材料設計：摻釹石英玻璃的發(fā)光性質與Nd3+配位結構密切相關,，通過Judd-Ofelt 理論分析,，可調整Nd3+離子的配位環(huán)境提高摻釹石英玻璃～900 nm熒光分支比，從根本上解決躍遷競爭的問題,。

　　圖1 Nd:YAG中4F3/2 → 4IJ躍遷熒光分支比與X的關系

　　3,、課題組研究進展

　　本文介紹了本課題組提出的主動式增強～900 nm發(fā)光的方案及在～900 nm光纖激光研究方面取得的進展。詳述了通過改變石英玻璃中Nd3+離子的配位環(huán)境提高～900 nm熒光分支比的理論基礎及實驗方法,。利用該方案制備的摻釹石英玻璃～900 nm發(fā)射強度反轉超過～1060 nm發(fā)光強度,，拉制的光纖在全光纖化結構中實現(xiàn)了113.5 W的～900 nm高功率激光輸出，比此前的全光纖化～900 nm光纖激光功率記錄高兩個數量級,。

　　圖2 摻釹石英玻璃的光譜特性,。(a) 引入不同陰離子的摻釹石英玻璃的光致發(fā)光光譜;(b) 4F3/2能級到各激光下能級的積分熒光強度(所有的積分熒光強度為相對各自～1060 nm積分強度的相對值);(c) 引入碘的摻釹石英玻璃及商用摻釹激光材料的光致發(fā)光光譜;(d) 引入不同陰離子的摻釹石英玻璃及商用摻釹激光材料的發(fā)光衰減譜及熒光壽命

　　該方案為～900 nm激光的研發(fā)提供了新思路，同時有望應用于其他稀土摻雜激光材料的光譜調控,。進一步采用該類光纖獲得了全光纖化920 nm高重頻超短脈沖激光,、890 nm及910 nm 單頻激光、平均功率10 W級的920 nm穩(wěn)定皮秒脈沖超短激光，為～900 nm全光纖激光的應用奠定了基礎,。

　　圖3 全光纖化摻釹光纖放大器光路圖,。(a) LD:激光二極管，CPS:包層功率剝離器,，PM:功率計,，OSA:光譜分析儀。激光輸出-輸入曲線;(b)插圖為八邊形結構的摻釹石英光纖斷面圖,，輸出功率為113.5 W時放大器的激光光譜;(c) 插圖為此時功率計照片

　　4,、結論和展望

　　主動式提高Nd3+離子為獲得高性能～900 nm光纖激光提供了全新的材料解決方案?；谠摲桨敢勋@得全光纖化927 nm百瓦量級激光,、920 nm高重頻超短脈沖激光、890和910 nm單頻激光及920 nm高平均功率皮秒脈沖激光,。相信通過降低摻釹光纖損耗,、改善光纖數值孔徑及聯(lián)合使用其他～1060 nm寄生振蕩抑制技術，研究人員有望實現(xiàn)數百瓦甚至上千瓦的高光束質量～900 nm光纖激光輸出,，其倍頻藍光,、四倍頻紫外光甚至深紫外光功率也將得到進一步提升，從而推動～900 nm光纖激光在生物成像技術,、貴金屬加工及增材制造技術,、深海通訊等領域的應用。

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