宽带可调谐光纤激光优化为宽带可调谐光纤激光技术

宽带可调谐光纤激光可以在一定范围内连续改变激光输出波长，满足波长匹配性严苛的要求。2009年，台湾大学Lai等采用石英玻璃包层的Yb：YAG玻璃复合光纤，得到1.0μm波段可调谐激光，激光阈值140 mW，斜率效率76.3%，输出功率670 mW，调谐带宽54 nm，为Yb：YAG晶体的2倍多［77］。然而，由于受到6s、5d轨道屏蔽，稀土离子4f－4f轨道之间的电子跃迁发光带宽较窄，在宽带发光方面具有一定的局限性。与稀土离子相比，某些主族元素或过渡金属的光谱宽度可达数百纳米，可用来实现更宽带宽的可调谐发光，但其发光效率较低。

过渡金属掺杂纤芯晶化可提高发光效率，为同时实现宽带发光和高效发光提供了一个解决途径。其中最典型的是Cr：YAG复合光纤，其输出波长能覆盖1.11.6μm的很宽范围。2000年，日本NTT光子实验室的Ishibashi和Naganuma制备了Cr：YAG单晶－SiO2玻璃包层复合光纤，用12 W、980 nm二极管激光泵浦，得到1.42μm的激光输出，输出功率为150 mW，激光阈值为3.8 W，斜率效率为1.9%，M2=1.2［78］。在Cr4+掺杂晶体光纤激光发展初期阶段，激光功率和斜率效率均比较低。2008年，Lai等制备了石英－铜铝合金双包层结构的Cr：YAG晶体－玻璃复合光纤，改善了光纤的散热性能，将光纤激光阈值降低到69 mW，斜率效率提高至6.9%［79］。尽管斜率效率还是较低，但是该激光器可在室温下运转。2011年，他们用改进的CDLHPG法，利用石英毛细管和纤芯之间相互扩散作用制备了外包层为石英玻璃的Cr：YAG双包层晶体－玻璃复合光纤，将斜率效率进一步提到33.9%［80］。此外，Ti3+：Al2O3晶体光纤也可实现宽带可调谐激光，其输出中心波长位于0.8μm。2012年，台湾大学的Hsu等采用石英包层Ti：Al2 O3晶体复合光纤，得到峰值波长位于761 nm的180 nm宽带发光，输出功率最高可达到7.7 mW［81］。斯坦福大学材料研究中心DeShazer和Kangas［82］采用532 nm激光泵浦Ti3+：Al2O3单晶光纤，实现了波长在790840 nm可调谐激光输出，单脉冲激光能量超过2 mJ。(www.xing528.com)

另外，通过衍射光栅可拓展波长调谐范围。1990年，Wetenkamp等［83］研制出世界上首台波长可调谐的3μm光纤激光器，他们使用衍射光栅在掺Ho3+光纤激光器中获得了2.832.95μm可调谐激光。Majewski等在2016年首次报道了可调谐中红外掺Dy3+光纤激光，激光波长可覆盖从2.95μm到3.35μm，调谐带宽达400 nm［84］。采用块状衍射光栅实现波长调谐会使谐振腔难以全光纤化，从而令激光系统失去原本紧凑的结构和稳定性。2017年，Barathan等采用飞秒激光直写的方法，在Ho3+/Pr3+共掺光纤中制作了光纤布拉格光栅［85］，通过对光栅进行挤压和施加拉力实现中红外激光波长的调谐，最终获得了中心波长为2870 nm的37 nm调谐，迈出了中红外可调谐光纤激光器全光纤化的第一步。