近期，中國科學院上海光學精密機械研究所高功率激光單元技術(shù)實驗室研究團隊采用改進的化學氣相沉積技術(shù)(MCVD)結(jié)合液相摻雜工藝制備出了高濃度摻鐿石英光纖，并利用該光纖搭建了超短腔光纖激光器，分別實現(xiàn)了1微米波段的單頻、高重頻鎖模激光輸出。相關(guān)成果以“High ytterbium concentration Yb/Al/P/Ce co-doped silica fiber for 1-μm ultra-short cavity fiber laser application”為題發(fā)表于Optics Express。
 

　　高性能單頻、高重頻鎖模光纖激光器要求摻鐿光纖具有高增益系數(shù)、高轉(zhuǎn)換效率以及低光子暗化的特點。由于石英基質(zhì)中稀土離子溶解低，高摻雜濃度所引起的稀土離子團簇效應會嚴重影響光纖的激光性能。研究團隊通過優(yōu)化纖芯組分制備了Yb/Al/P/Ce共摻石英光纖，其中Yb離子摻雜濃度為2.5 wt%，在976 nm處纖芯吸收系數(shù)達1400 dB/m。
 

　　以表征自研高濃度光纖在實際應用場景中的激光性能，研究人員使用該光纖搭建了兩種全光纖結(jié)構(gòu)的超短諧振腔進行激光實驗。首先，使用長度僅為1厘米的自研摻鐿光纖搭建了分布式布拉格反射式(DBR)激光諧振腔，成功實現(xiàn)了功率為75 mW，線寬為14 kHz的單縱模激光輸出。隨后，使用該光纖搭建了基于半導體可飽和吸收鏡(SESAM)的被動鎖模光纖激光器，其中增益光纖長度為8.4厘米，最終實現(xiàn)了重復頻率為1.23 GHz，脈沖寬度為6.4 ps的脈沖激光輸出。該項研究結(jié)果表明制備的高濃度摻鐿石英光纖具有優(yōu)異激光性能，有望應用于面向高精度光纖傳感、光學頻率梳等領域的高性能光纖激光器研發(fā)。
 

　　相關(guān)研究得到了國家科技部重點研發(fā)項目支持。
 

　　圖1. 高摻雜濃度Yb/Al/P/Ce石英光纖特性。a)折射率分布， b)摻雜元素分布，c)纖芯損耗譜，d)纖芯吸收譜。