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基于碲酸盐光纤缠绕熔融侧面泵浦耦合器制备及性能研究 (论文被选为Editor's Pick)
作者: irglass 时间: 2024-04-15 浏览:296 次

       近日,我室研究生王光辉(第一作者),戴世勋研究员(通讯作者)在Optics Express(IF=3.8)期刊发表了题为“Investigation of a twisting-fused side-pump coupler based on tellurite fiber”的论文(2024, 32: 15156-15165.)。该论文被选为Editor's Pick(编辑精选,代表特定领域内具有高科学价值的工作)(Editor's Picks serve to highlight articles with excellent scientific quality and are representative of the work taking place in a specific field)。文章链接:http://opg.optica.org/OE/abstract.cfm?uri=OE-32-9-15156

       中红外(MIR)光纤激光器因其独特的吸收特性和大气穿透能力,在遥感、国防安全、医疗诊断和环境监测等各种应用中日益突出。近年来,软玻璃光纤已成为MIR激光器的理想增益介质,因为它具有良好的物理性能、热稳定性和化学耐久性。其中,碲酸盐(基于TeO2)玻璃是一种具有高透明度、高折射率、高非线性和低声子能量的软玻璃材料。然而,由于对碲酸盐玻璃光纤的泵浦耦合器的研究相对有限,导致目前碲酸盐光纤激光器主要采用透镜耦合进行泵浦,限制了全光纤化碲酸盐光纤激光器的发展。典型的端面泵浦合束器以锥形熔融光纤束为例,尽管制备方法简单且易于获得高耦合效率,但由于信号光纤(SF)的熔融拼接和锥形化,会遇到一些问题,包括模场失配、光束质量下降和泵浦功率限制。相比之下,侧面泵浦耦合器具有引人注目的优势,包括不间断的信号光纤、均匀的多点泵浦和有效的热管理,所有这些都有助于它们在MIR光纤激光器中的潜在应用。

       采用光束传播法首先数值仿真研究了(1+1)×1缠绕熔融侧面泵浦耦合器(图1)特性,耦合效率和螺距(P)随旋转角度和腰长增加的变分别如图2(a)和(b)显示,仿真结果表明:耦合效率随着P值的增加而增加,在一定范围内表现出相对较高的耦合效率,随后降低。在制备平台中采用石墨丝作为耦合器制备中的加热源以实现高质量的锥形和光纤熔融耦合,测试中耦合器放置在通过循环水冷却的导热板上,红外热摄像机用于监控耦合器的温度变化(如图3所示)。图4示出了在500倍显微镜下观察缠绕熔融的侧面泵浦耦合器的不同部位。如图4(a)和(b)所示,泵浦光纤贴附在信号光纤上,在锥形区域保持平行贴附,并在腰部区域逐渐缠绕。在图4(c)中示出了在移除泵浦光纤的另一端之后的腰部区域的末端。图5(a)和(b)显示了耦合器的稳定性测试,在4.2W的注入激光功率下,1个月之前和之后的输出功率达到3.2 W,RMS稳定性分别为0.086%和0.091%。该工作为制备软玻璃光纤耦合器提供了有意义的参考,所制备的耦合器有望应用于中红外光纤激光器或放大器。

图 1 缠绕熔融侧面泵浦耦合器示意图

图 2 (a)耦合效率与旋转角度和Lwaist之间的关系;(b)P与旋转角度和Lwaist之间的关系

图 3 (a)(1+1)×1侧面泵浦耦合器制备装置示意图(插图:侧面泵浦耦合器的局部显微镜照片)(b)耦合效率测量的实验装置

图 4缠绕熔融侧面泵浦耦合器不同部位的照片:(a)虚线框显示了沿信号光纤和泵浦光纤锥形区域的一部分;(b)泵浦光纤腰部区域沿信号光纤缠绕;(c)移除泵浦光纤后的腰部区域的末端

 

图 5 在980nm 4.2W泵浦功率注入下,碲酸盐光纤侧面泵浦耦合器一月前(a)后(b)的输出功率随时间的变化