科研进展简报

基于玻璃分相技术的光子晶体光纤制备新技术

来源:武汉光电国家实验室(筹)    作者:激光与太赫兹技术功能实验室    发布时间:2017年09月26日

        大模场光子晶体光纤具有无截止单模运转和大模场面积特性,可以克服非线性效应对高功率光纤系统尤其是超快脉冲光纤系统的限制,近年来在高功率光纤激光器、高功率放大器、高功率能量传输以及高灵敏度传感等领域引起广泛关注。然而,在某种程度上,制备用于这种精心设计的光子晶体光纤的掺镱石英玻璃芯棒是一个艰巨的任务,特别是制备一根大直径高质量的有源石英玻璃芯棒。这种复杂的光纤设计不仅需要光纤纤芯掺杂均匀,而且要求光纤具有非常低的纤芯数值孔径。此外,为了缩短光纤长度,降低非线性效应,必须提高掺杂浓度,以满足这些苛刻要求。目前,改进的化学汽相沉积法(MCVD)具有尺寸、几何形状、掺杂浓度和均匀性等局限性。尽管MCVD在线掺杂法和气相掺杂法克服上述的局限性,但这些技术通常伴随有分布不均匀性的问题。

        武汉光电国家实验室李进延教授光纤激光技术团队(FLTG)的褚应波等人,在杨旅云,李进延,戴能利等老师的指导下,利用基于硼硅酸盐玻璃分相技术制备大尺寸掺Yb3+石英玻璃芯棒,进而制备大芯径双包层掺镱光子晶体光纤。实验测试了这种光纤的稀土离子分布、Yb3+吸收、以及背景损耗并演示了其激光性能。 研究表明:该光纤的芯径为30微米,包层为400微米;纤芯稀土离子分布均匀;Yb3+在976 nm处的吸收为8.5 dB/m;光纤在976 nm半导体激光器泵浦下实现了1033.4 nm激光输出,斜率效率达到64.5%,光纤长度为1 m。研究结果表明这种方法在制备大芯径高掺杂及具有复杂纤芯结构的有源光纤方面具有较大潜力。

        2017年09月22日,该研究成果以论文 “Yb3+ heavily doped photonic crystal fiber lasers prepared by the glass phase-separation technology” 发表在美国光学学会(OSA)旗下杂志Optics Express上( Vol.25, Issue 20, pp.24061-24067 (2017) )。该项研究得到了国家国家自然科学基金(No. 61575075)和中国博士后自然科学基金(No.2017M612450)的支持。

1 

                                             

图1. 光子晶体光纤制备流程

 

2

图2. 氮气吸附累积法测得多孔玻璃棒孔径分布图及SEM图

 

 

3

图3. Yb3+/Al3+ 共掺石英玻璃芯棒吸收,XRD,FTIR

 

4

图4. 光纤端面图及稀土离子分布

 

5

图5. 激光测试原理图,激光斜率效率及激光光谱图