包层泵浦技术在光纤通信中的应用.pdfVIP

第 22 卷 　第 3 期 物 　理 　学 　进 　展 Vol . 22 ,No . 3 　2002 年 9 月 PRO GR ESS IN PH YSICS Sept . ,2002 文章编号 (2002) 包层泵浦技术在光纤通信中的应用 李朝晖 ,杨石泉 ,袁树忠 ,项阳 ,宁鼎 ,高伟清 ,王跃 ,张昊 ,董孝义 (南开大学现代光学研究所 ,天津　300071) 摘 　要 : 　包层泵浦技术以其独特、高效的特点越来越引起人们的关注 ,有希望能推动光纤 通信新的发展。本文详细介绍了包层泵浦技术在光纤通信中的应用 ,包括包层泵浦光纤放大 器、包层泵浦光纤激光器以及作为光纤拉曼放大器、激光器泵源的大功率掺镱双包层激光器。 并且展望了包层泵浦技术中一些关键技术的发展方向。 关键词 : 　包层泵浦技术 ;拉曼放大器 ;双包层光纤 ;双包层激光器 ;双包层放大器 中图分类号: 　TN253 ; TN929 　　　　　　文献标识码 : 　A 0 　引　言 今天 ,光纤激光器、光纤放大器在光纤通信、传感和测量上有着巨大的应用前景。但 传统的泵浦技术很难将高功率的多模泵浦光耦合到单模的纤芯中去 , 因此很难做出高功 率的光纤激光器和高放大倍数的光纤放大器。而包层泵浦技术解决了单模光纤泵浦效率 低的问题。和普通单模光纤相比 ,双包层光纤不但在纤芯和内包层间存在一个传光波导 , 而且在内包层和外包层之间也存在一个传光波导 ,这个波导有较大的数值孔径和截面积。 高功率、多模的泵浦光在内包层中传输 ,产生的激光在纤芯中传输 , 因此 ,可以得到大功 率 ,基横模的激光输出。同时由于双包层光纤具有较大的表面积与体积比 ,从而可以避免 产生热透镜效应。包层泵浦技术已被应用来产生功率高达 110 W 的光纤激光器。本文 重点介绍了包层泵浦技术在光纤通信中的必威体育精装版应用 ,并且展望了包层泵浦技术中要解决 的关键性技术问题[11～15 ] 。 1 　包层泵浦技术发展的现状 在包层泵浦技术的发展初期 ,人们的注意力主要集中在掺 Nd3 + 双包层光纤激光器的 研究上 ,1993 年 ,H. Po 等人报道了他们研制的高功率掺 Nd3 + 双包层光纤激光器 , 在 收稿日期 ( ) 基金项目 : 国家自然科学重点基金项目 　3 期 李朝晖等 :包层泵浦技术在光纤通信中的应用 297 1064 nm波长获得了近 5 W 的单模连续激光输出 , 斜率效率达到 51 % 。1995 年 , H. Zellmer等人报道了输出波长在 1064 nm 、功率为 9. 2 W 的包层泵浦的掺 Nd3 + 光纤激 光器。Z.J . Chen等人报道了包层泵浦掺 Nd3 + 调 Q 光纤激光器 ,获得了峰值功率3. 7 kW 、 脉宽 2 nm 的脉冲激光输出。 从 20 世纪 80 年代后期开始 , Yb3 + 掺入石英或氟化物光纤中 ,作为一种激光介质才 开始受到人们的重视。特别是掺 Yb3 + 石英光纤激光器和放大器方面的研究取得了很多 进展。1994 年 , 由 H. M. Pask 等人首先在掺 Yb3 + 石英光纤中实现了包层泵浦 ,实验中得 到了波长为 1040 nm 、0. 5 W 的最大激光输出 ,斜率效率达到了 80 % 。正是由于掺 Yb3 + 双包层光纤激光器比掺 Nd3 + 双包层光纤激光器具有更高的斜率效率 , 以及 Yb3 + 具有简 单的能级结构、宽的吸收带和大的发射截面 ,使得人们的注意力逐渐转向掺 Yb3 + 双包层 ( ) 光纤激光器的研究。在 1997 年的国际激光电光会议 CL EO 上 , 美国 Polaroid 公司的 M. Muendel等人报道了一种掺 Yb3 + 双包层光纤激光器。他们用四根光纤耦合的 916 nm 波长的激光二极管阵列 ,