水解－熔融法制备掺镱光子晶体光纤的研究

胡前生，周桂耀，夏长明

水解－熔融法制备掺镱光子晶体光纤的研究

胡前生，周桂耀，夏长明

（华南师范大学广东省微纳光子功能材料与器件重点实验室，广东广州510006）

采用水解－熔融法制备高浓度掺镱双包层石英光子晶体光纤，通过对该制备方法及原理的探索研究，根据98.3%SiO2、0.2%Yb2O3、1.5%Al2O3（摩尔比）的配方进行设计，制备出高浓度镱离子掺杂的石英基双包层光子晶体光纤。该方法可有效提高稀土离子的掺杂均匀性。

Yb3＋掺杂；光子晶体光纤；光纤激光器

1 引 言

光纤激光器以其结构简单、转换效率高，光束质量高及方便维护等优点，成为了当前激光世界研究领域的最大热点之一［1－2］。受光纤非线性效应，热损伤，散热等因素的影响，进一步提高单个光纤激光器的输出功率已经非常困难。1996年，光子晶体光纤［3］的出现为光纤激光器发展带来了新的机遇，光子晶体光纤具有许多奇异的光学特性［4－5］，如无截止单模、低限制损耗、大模场面积等。当前研究最多的是掺Yb3＋光纤激光器，Yb3＋是能级结构最简单的稀土激活离子，其结构能级图［6］如图1所示。

从图可知，Yb3＋仅有一个基态和一个激发态，没有上转换，避免了激发态吸收和多声子吸收等能量损耗，转化效率高，材料中的热负荷比较低，因此，掺Yb3＋的激光器在国内外的研究发展迅速。

图1 Yb3＋三能级结构示意图

2009年，美国的IPG公司［7］报道了最大输出功率为10 kW的单模光纤激光器，输出波长为1070 nm，光束为完美高斯光束。目前，IPG多模光纤激光器连续输出功率已高达50 kW，正向百千瓦量级的功率迈进。……