高功率线偏振单频磷酸盐玻璃光纤激光器技术

【作者】 杨飞； 叶青； 潘政清； 蔡海文； 瞿荣辉；

【机构】 中科院上海光学精密机械研究所空间激光信息技术研究中心；

【摘要】 单频光纤激光器具有线宽窄、光束质量好、转换效率高等优点,在相干激光雷达、引力波探测、相干激光通信、高分辨率激光光谱等重要领域有着广泛的应用。基于高掺杂磷酸盐玻璃光纤的光纤激光器由于其增益系数比石英光纤高两个数量级,可以在很短的腔长内实现高功率输出。由于采用了短腔结构,大大增加了谐振腔内的纵模间隔从而有利于抑制跳模,实现稳定的单频激光输出。本文通过对光栅制备技术仔细研究,实现了高反布拉格光纤光栅(HRFBG)和保偏光纤光栅(PMFBG)的一个波长的精确匹配。并将此应用于短腔单频光纤激光器中,实现了稳定线偏振单频激光的输出。图1显示整个激光器的结构示意图。通过对该激光器性能的综合测试:在25.6℃的温控条件下,激光器的中心波长为1540.316mn,如图2(a)所示,正好对准多普勒激光雷达的大气传输窗口。光谱的边模抑制比达到70dB,自差法测量线宽小于4 kHz,验证了激光器的单纵模运转状态。图2(b)为激光器的输出功率随泵浦功率的变化曲线,曲线的线性度良好。激光器的抽运阈值约为35 mW。虽然该波长处磷酸盐玻璃光纤的增益系数只有约3.2dB/cm,但是仍然实现了20%的斜率效率,在600mW的抽运功率下获得了114mW的激光输出。图2(c)显示输出功率具有较高的稳定性,功率的长期抖动小于±0.25%。图2(d)利用格兰棱镜测试了输出激光的偏振态,可以看出激光的消光比达到40.5dB,其最小功率受限于激光器的自发辐射功率,充分证明激光器具有很好的线偏振特性。更多还原